TWI618616B - 方形模具用基板 - Google Patents

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Abstract

本發明的方形模具用基板，是在基板上形成凹凸的圖型後所使用之方形的模具用基板，其特徵為：形成凹凸的圖型後所使用的面(A面)之中心的1~50mm×1~50mm平方的範圍，且形成有凹凸之圖型的領域的平坦度為350nm以下。
根據本發明，可防止在方形模具用基板上製作圖型時與轉印時，圖型位置變得不一致、或者產生圖型誤差，而能成為高精細且複雜之圖型的轉印。

Description

方形模具用基板
本發明是關於：在製造電子裝置、光學元件、儲存元件、生物晶片(biochip)等的製程中，成為「用來在表面形成凹凸形狀的素玻璃(bare glass)」之奈米壓模(nanoimprint)等微影(lithography)技術用的方形模具用基板。
在近年來之電子裝置、光學元件、儲存元件、生物晶片等的製造中，呈現除了要求更進一步的高性能化、高精密化之外，也同時要求製造之低成本化的現狀。在這樣的趨勢中，相較於傳統的微影技術，能以低廉的價格執行精細加工的奈米壓模技術則受到矚目。在奈米壓模技術中，凹凸圖型是由機械性的方法所形成。亦即，是藉由將「把所需的凹凸圖型刻入表面」的模具用基板，按壓於「具有特定厚度之樹脂層」的被轉印用基板，而執行模具之凹凸圖型的轉印(請參考日本特表2005-533393號公報：專利文獻1)。受到按壓而轉印了凹凸圖型的樹 脂層，藉由形成硬化而保持其形狀，主要有利用紫外線硬化的方式、利用熱硬化的方式，無論在哪一種方式中，保持模具用基板與「具有樹脂層之被轉印用基板」之間的平行度，亦即「利用一定的壓力對所按壓的面進行按壓」的這點非常重要。此時，刻畫有凹凸圖型的模具用基板，要求高度的形狀精度(請參考日本特開平3-54569號公報：專利文獻2)。
奈米壓模所使用之模具用基板的外型，譬如65mm平方或152mm平方的方形、或者直徑50mm、直徑100mm、直徑150mm、直徑200mm的圓形板等，可視用途而使用各種形狀的板。另外，實際上擔任作為模具的任務而刻入有凹凸圖型的領域，相較於外型，多半是較小的面積(典型為4000mm2以內)，且該領域通常形成於基板的中心附近。一般來說，傾向於：所欲轉印的圖型越是細微，形成圖型的區域就越狹小。
這是由於圖型越是細微，上述的模具用基板與具有樹脂層的被轉印用基板的平行度和按壓之一致性所需要的精確度越高的緣故，且形成有圖型的面積越狹小，就越能提高上述的精確度。另外，模具用基板的外型，傾向於較形成有圖型之區域更大，這是基於製作模具用基板之製程上的需要。模具用基板，是由以下的步驟所製作：利用濺鍍執行的金屬膜塗布步驟、採用EB刻劃裝置(Electron-Beam writer)的微影步驟、經轉印了所需之細微圖型的金屬層或基板表面的乾式蝕刻(dry etching)步 驟等。上述步驟所使用的裝置，從經濟面和便利性的角度來看，多半是流用傳統微影技術所採用的裝置。因為這緣故，對應於這些裝置之基板的尺寸，也就順理成章地成為傳統微影技術所使用之基板的尺寸，因此模具用基板的外型也同樣具有「較形成有圖型之領域更大」的傾向。
近年來，將使用紫外線之奈米壓模等的更精細圖型和更複雜圖型形成於模具用基板上而進行轉印的需求日益高漲。基於這樣的需求與上述的理由，方形模具用基板的平坦度，特別是形成有圖型，且實際上作為模具使用之區域的平坦度則非常重要。轉印之圖型越是高精細且複雜，在表面並非十分平坦的場合中，於製作模具用基板時以及轉印時，圖型的位置將變得不一致，而衍生出圖型誤差的問題。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特表2005-533393號公報
[專利文獻2]日本特開平3-54569號公報
[專利文獻3]日本特表2006-506814號公報
[專利文獻4]日本特開2002-318450號公報
本發明是有鑑於上述情事所研發的發明，本 發明的目的是提供一種：模具用基板中形成有圖型之領域的平坦度良好，並且適合「保持模具用基板的圖型面與被轉印用基板的平行度，且在欲按壓的面內以一致的壓力按壓」的方形模具用基板。
本案的發明團隊，為了達成上述目的而反覆檢討的結果，發現採用「位於凹凸圖型所形成的範圍中心區域之平坦度小」的方形模具用基板，有助於解決前述課題，進而達成本發明。
因此，本發明提供以下所揭示的方形模具用基板。
[1]
一種方形模具用基板，是在基板上形成凹凸的圖型後所使用之方形的模具用基板，其特徵為：具有「形成凹凸的圖型後所使用的面(A面)」、「該A面之相反側的面(B面)」，前述A面之中心的1~50mm×1~50mm平方的範圍，且形成有凹凸之圖型的領域的平坦度為350nm以下。
[2]
如[1]所記載的方形模具用基板，其中前述方形模具用基板之A面中心的1~50mm×1~50mm平方的範圍，且從形成有凹凸之圖型的領域到基板A面之相反側的B面為止的距離t1’、與從基板之除了A面中心的1~50mm× 1~50mm平方以外的範圍到基板B面為止的距離t1，為t1’≧t1。
[3]
如[1]或[2]所記載的方形模具用基板，其中較「從前述方形模具用基板之B面周緣起3mm內側」的部位更內側之方形範圍的平坦度，為3μm以下。
[4]
如[1]或[2]所記載的方形模具用基板，其中前述B面除了中心之50~100mm平方以外的範圍，較「從周緣起3mm內側」的部位更內側之方形範圍的平坦度，為3μm以下。
[5]
如[1]或[2]所記載的方形模具用基板，其中前述A面之中心的1~50mm×1~50mm平方的範圍，且形成有凹凸之圖型的領域的平均平面；與前述B面除了中心之50~100mm平方之範圍以外的平均平面，是大致平行。
[6]
如[1]或[2]所記載的方形模具用基板，其中前述方形模具用基板之中心的1~50mm×1~50mm平方的範圍，且形成有凹凸之圖型的領域的雙折射量，為3nm/cm以下。
[7]
一種方形模具用基板，是在基板上形成凹凸的圖型後所使用之方形的模具用基板，其特徵為：具有「形成凹凸的圖型後所使用的面(A面)」、「該A面之相反側的面 (B面)」，前述A面之中心的1~50mm×1~50mm平方的範圍，且形成有凹凸之圖型的領域的平坦度為350nm以下，B面具有非貫穿的孔或溝。
[8]
如[7]所記載的方形模具用基板，其中前述方形模具用基板之A面中心的1~50mm×1~50mm平方的範圍且從形成有凹凸之圖型的領域，到基板的B面且未形成有非貫穿孔或溝的面為止的距離t2’；與從基板之除了A面中心的1~50mm×1~50mm平方以外的範圍，到基板B面且未形成有非貫穿孔或溝的面為止的距離t2，為t2’≧t2。
[9]
如[7]或[8]所記載的方形模具用基板，其中較「從前述方形模具用基板之B面周緣起3mm內側」的部位更內側之方形範圍，除了非貫穿孔或溝以外之部位的平坦度，為3μm以下。
[10]
如[7]或[8]所記載的方形模具用基板，其中前述A面之中心的1~50mm×1~50mm平方的範圍，且形成有凹凸之圖型的領域的平均平面；與前述B面除了非貫穿孔或溝以外之部位的平均平面，是大致平行。
[11]
如[7]或[8]所記載的方形模具用基板，其中前述方形模具用基板之中心的1~50mm×1~50mm平方的範圍，且形成有凹凸之圖型的領域的雙折射(birefringence)量，為 3nm/cm以下。
根據本發明，可防止以下情形，而能成為高精細且複雜之圖型的轉印：在方形模具用基板上製作圖型時與轉印時，圖型位置變得不一致、或者產生圖型誤差。
1‧‧‧方形模具用基板
2‧‧‧A面
3‧‧‧B面
4‧‧‧側面
5‧‧‧倒角部
6‧‧‧A面中心之1~50mm×1~50mm平方的範圍
7‧‧‧A面除了中心之1~50mm×1~50mm平方以外的範圍
8‧‧‧非貫通的孔
9‧‧‧溝
第1圖：是顯示本發明之方形模具用基板的其中一個實施例的立體圖。
第2圖：是顯示本發明中t1’≧t1之方形模具用基板的其他實施例，其中(A)為俯視圖，(B)為剖面圖。
第3圖：為對B面表面施以加工之方形模具用基板的其他實施例，其中(A)顯示在B面具有非貫穿孔的方形模具用基板，(B)顯示在B面具有溝之方形模具用基板的立體圖。
第4圖：為對B面表面施以加工之t2’≧t2方形模具用基板的其他實施例，其中(A)顯示在B面具有非貫穿孔的方形模具用基板的俯視圖，(B)顯示(A)的剖面圖。
第5圖：為對B面表面施以加工之t2’≧t2方形模具用基板的另一個其他實施例，其中(A)顯示在B面具有溝的方形模具用基板的俯視圖，(B)顯示(A)的剖面 圖。
第1圖顯示本發明之方形模具用基板的其中一例。如第1圖所示，基板1是方形的模具用基板，是由A面2(形成有凹凸的圖型所使用的面)、B面3(形成有凹凸的圖型所使用之面的相反面)及側面4所構成。通常，在側面4與A面2與B面3的邊界，分別形成有倒角部5。
本發明的方形模具用基板，如第1圖所示，是在表面形成凹凸的圖型後所使用的方形模具用基板1，具有形成凹凸之圖型後所使用的面(A面)2、與該A面2之相反側的面(B面)3，是前述A面2中心之形成有凹凸圖型的領域，也就是指1~50mm×1~50mm平方範圍6的平坦度為350nm以下，最好是100nm以下，其中又以50nm以下最佳的方形模具用基板1。
在本文中，將平坦度的規定範圍定義為1~50mm×1~50mm平方的原因在於：在方形模具用基板中，根據通過全體步驟的精度和效率的觀點，通常形成圖型的範圍大概是中心的1~50mm×1~50mm平方。只要是1~50mm×1~50mm平方的範圍內，可以是正方形，也可以是長方形。而平坦度，雖然存有利用接觸式的厚度測量器來測量基板內之複數點的方法，但亦可藉由光學干涉儀(optical interferometer)或雷射位移感測器(laser displacement sensor)等進行精度更佳的測量。在本發明中，是利用光學干涉型的平坦度測量裝置(Tropel公司製造的UltraFlat 200M)所測得的值。
一旦平坦度超過350nm，在方形模具用基板上形成圖型時、與轉印「形成圖型後所得到的方形模具用基板」時，將使圖型位置變得不一致，或產生圖型誤差。此外，在該場合中，未平均地對圖型面施加壓力的結果，容易產生圖型破損等、或容易使作為方形模具用基板的壽命變短。舉例來說，當利用轉印步驟按壓於具有特定厚度之樹脂層的被轉印用基板時，導致方形模具用基板之形成有圖型的面與被轉印用基板的之間的平行度變差，或使所按壓之面內的壓力變得不一致。在該場合中，將方形模具用基板予以剝離後之樹脂層的殘膜厚度並不一致，導致即使通過後續步驟的乾式蝕刻步驟和金屬膜去除步驟之後，也無法形成所期待之圖型的結果。雖然方形模具用基板之表面整體的平坦度下限值並無特殊的限制，卻具有：越小的話，1~50mm×1~50mm平方範圍的平坦度也變小的傾向。此外，除了A面中心之1~50mm×1~50mm平方以外的範圍，且較從周緣起3mm內側之部位更內側的平方範圍的平坦度，最好為3μm以下、其中又以1μm以下更佳。
此外，方形模具用基板的板厚為1~10mm，其中又以3~8mm最佳。一旦厚度低於1mm，即使平坦度良好，也會因為作為模具用基板使用時的保持方法或本身重量所產生之彎曲的影響而容易變形，以致平坦度惡化，進 而導致圖型位置不一致、或產生圖型誤差。一旦厚度高於10mm，由於體積增加，使基板變重而難以搬運或使用，材料的費用增加，且成本變高而並不適合。
在本文中，本發明的方形模具用基板最好是石英玻璃基板。由於石英玻璃基板具有紫外線可穿透的特性，而大量應用於「為了使樹脂層硬化而使用紫外線的奈米壓模」。雖然也存有「利用熱使樹脂層硬化的奈米壓模」的方法，但由於該方法受到熱膨脹的影響，因此利用紫外線的方法更適合細微圖型的轉印。此外，由於石英玻璃在可視光領域中為透明，因此也具有「轉印時有助於位置對準」的優點。就石英玻璃以外的奈米壓模用方形模具用基板而言，可列舉出：矽(Si)、矽氧化膜、聚二甲基矽氧烷(polydimethylsiloxane；PDMS)、鎳(Ni)、藍寶石、及上述的複合材料等。
在本發明之方形模具用基板的A面的表面，亦可具有用來形成轉印圖型的金屬薄膜或抗蝕膜(resist film)。雖然在金屬基板形成圖型時採用EB刻劃裝置，但在此之前最好預先塗佈金屬薄膜或抗蝕膜。金屬薄膜或抗蝕膜，可依據標準做法而形成5nm~5μm厚度的膜。在該場合中，在已形成上述膜的狀態下測量板厚，最好如以上所述：A面之中心的1~50mm×1~50mm平方範圍的平坦度為350nm以下，板厚為1~10mm的範圍。
在本發明的方形模具用基板中，A面中心1~50mm×1~50mm平方範圍之表面缺陷的尺寸最好為 0.5μm以下，其中又以0.2μm以下更佳，0.05μm以下最佳。這是由於：因為在方形模具用基板的表面是由次微米(submicron)形成奈米壓模的細微圖型，一旦在方形模具用基板的表面具有缺陷，該缺陷將保有其尺寸地直接被轉印至被轉印側的基板。在本發明中，表面缺陷的尺寸，是由原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope：AFM)所測得的值。
方形模具用基板的外形，基於容易操作的觀點，最好是30~200mm平方，其中又以60~160mm平方最佳。
如第2圖所示，從本發明之方形模具用基板的A面2中心之前述平坦度的規定範圍，也就是指從1~50mm×1~50mm平方範圍6到基板之A面2的相反側的面(B面)3為止的距離t1’；與從基板除了A面2中心之1~50mm×1~50mm平方以外的範圍7到基板的B面3為止的距離t1，亦可具有t1’≧t1的關係。而將t1’定義為t1以上之距離的原因在於：為了組裝入奈米壓模裝置，而配合裝置的型態和用途。在該場合中，t1’-t1為0~3mm、其中又以10~100μm最佳。
在方形模具用基板之形成有凹凸圖型後使用的面(A面)之相反側的面(B面)，在較「從周緣起3mm內側的部位」更內側之方形範圍的平坦度，最好是3μm以下，其中又以2μm以下更佳。方形模具用基板，通常是利用真空吸附或靜電夾頭等方式將B面側保持於保 持具後使用。假設，在A面的平坦度良好，但B面的平坦度卻不佳的場合中，成為「以平坦度不佳B面緊密附著於保持具的狀態形成保持」，因為此一影響，導致「形成有圖型後所使用的A面」對「具有樹脂層的被轉印用基板」呈現傾斜，有時將於轉印之際使圖型位置變得不一致，或產生圖型誤差。此外，在該場合中，未平均地對圖型面施加壓力的結果，有時容易產生圖型破損等、或容易使作為方形模具用基板的壽命變短。
下限值並無特殊的限制，越小越好。只要嚴密地限制整個面的平坦度範圍，便可形成實際上可精密測量的範圍，亦即較「從周緣起3mm之內側部位」更內側的方形範圍。這是因為：由於從周緣起3mm為止的範圍接近倒角部，在接觸式的厚度測量器中，由於測量器之厚度測量部的面積較寬，導致觸及部分的倒角部，即使是光學干涉儀或雷射位移感測器，從周緣起3mm為止的範圍，由於接近端面和倒角部，有時因為散亂光的影響而無法正確地測量厚度。
雖然保持具的接觸位置因奈米壓模裝置而異，譬如也存在有日本特表2006-506814號公報(專利文獻3)所揭示，保持前述B面之較外側的裝置。就可利用上述裝置執行奈米壓模轉印的基板而言，前述B面除了中心50~100mm平方以外之範圍的平坦度最好是3μm以下，其中又以2μm以下更佳。這是由於：即使前述B面中心50~100mm平方範圍內的平坦度較差，只要奈米壓模 裝置的保持位置位在其外側的領域，前述B面中心50~100mm平方範圍內的平坦度也不會對轉印的精度造成影響。
此外，就可利用前述裝置良好地執行奈米壓模轉印的基板而言，A面中心之1~50mm×1~50mm平方範圍的平均平面、與前述B面除了中心50~100mm平方以外之範圍的平均平面，最好呈現大致平行。在本文中，所謂的平均平面是指：將來自於任意基準平面的距離作為依據所算出的最小平方平面(square plane)。此外，所謂的大致平行是指：上述2個平均平面的法線向量(normal vector)彼此所形成的角為10秒以下，特別是5秒以下。這是由於：即使前述A面中心之1~50mm×1~50mm平方範圍的平均平面、與前述B面中心之50~100mm平方內之平均平面的平行度較差，只要奈米壓模裝置的保持位置位於B面中心之50~100mm平方的外側領域，前述A面中心之1~50mm×1~50mm平方範圍的平均平面、與前述B面中心之50~100mm平方內之平均平面的平行度不彰，就不會對轉印的精度造成影響。
在本發明的方形模具用基板中，「中心1~50mm×1~50mm平方」之部位的雙折射量的最大值，最好為3nm/cm以下，2nm/cm以下更佳，其中又以1nm/cm以下最佳。如以上所述，藉由降低雙折射量，使「形成有凹凸之圖型的領域」形成內部之應力應變(stress strain)低的狀態，可抑制因「形成有凹凸之圖型後所使用的面」 之應變(strain)所引起的變形。此外，藉由應力應變低這點，由「所形成的凹凸」而衍生之圖型彎曲、拉伸、壓縮強度變高，使由凹凸所形成的圖型具有可承受奈米壓模轉印的強度。方形模具用基板的中心1~50mm×1~50mm平方之部位的雙折射量的最大值，譬如是使用UNIOPT公司所製造的雙折射測量裝置ABR-10A，對基板中心之1~50mm×1~50mm平方的部位的雙折射量進行測量，而定義為其最大值。
如第3圖所示，本發明的方形模具用基板，是以下所述的方形模具用基板：在表面形成凹凸的圖型後所使用的方形模具用基板1，A面2中心之1~50mm×1~50mm平方範圍6的平坦度為350nm以下，100nm以下更佳，其中又以50nm以下最佳，且可在B面3具有非貫穿的孔8或溝9。非貫穿的孔8或溝9，是為了組裝入曝光裝置或奈米壓模裝置，而配合裝置的型態和用途所製作。
而非貫穿之孔的形狀，雖然其俯視形狀可以為圓形、橢圓形、長圓形、四角形、多角形等，但以第3圖(A)所示的圓形最佳。其大小(尺寸)，倘若為圓形時的直徑、倘若為橢圓形或長圓形時的長徑、倘若為角形時的對角長度，最好為5~150mm。而溝的場合，雖然如第3圖(B)所示，兩側壁9a、9b最好形成互相平行的平面，但兩側壁亦可不平行，或亦可其中一個或者兩個側壁為凸狀或者凹狀曲面。
此外，如第4、5圖所示，具有非貫穿的孔8或溝9之方形模具用基板1的場合，從方形模具用基板1之A面2中心的前述平坦度的規定範圍，也就是指從1~50mm×1~50mm平方範圍6到基板之B面3未形成有非貫穿的孔或溝之面為止的距離t2’；與從基板之A面1除了中心1~50mm×1~50mm平方以外的範圍7到基板之B面3未形成有非貫穿的孔或溝之面為止的距離t2，也可以具有t2’≧t2的關係。在該場合中，t2’-t2為0~3mm、其中又以10~100μm最佳。
本發明中具有非貫穿的孔或溝的方形模具用基板，其B面除了非貫穿的孔或溝之部位以外的範圍的平坦度不滿3μm，其中又以2μm以下最佳。此外，A面中心之1~50mm平方範圍的平均平面、與B面除了非貫穿的孔或溝以外之範圍的平均平面，最好是大致平行。這是由於：即使前述A面中心之1~50mm平方範圍的平均平面、與前述B面之非貫穿的孔或溝之部位的底面部分的平行度較差，只要奈米壓模裝置的保持位置位於B面除了非貫穿的孔或溝以外之範圍的領域，A面中心之1~50mm平方範圍的平均平面、與前述B面之非貫穿的孔或溝之部位的底面部分的平行度不彰，就不會對轉印的精度造成影響。
接著，說明本發明之方形模具用基板的製造方法。本發明的方形模具用基板可藉以下的方式獲得：對基板的表面進行研磨，而使形成有凹凸之圖型後所使用的面之中心1~50mm平方範圍的平坦度成為350nm以下。同 時，形成有凹凸之圖型後所使用的面(A面)之相反側的面(B面)的平坦度，最好是整個面研磨至3μm以下。該場合中的研磨方法，可以一邊供給含有研磨粒之研磨液，並一邊使用雙面研磨機同時對表、背面進行研磨，或亦可採用單面研磨機對單面逐次研磨。此外，單面研磨時，亦可使用較基板更大的研磨轉盤，也可以使用較基板更小的轉盤。在合成石英玻璃基板的場合中，合成石英的原料可採用依標準切片(slicing)、精研(lapping)後的材料。
在本文中，為了使方形模具用基板的表面形狀、或者表面與相反面之雙方的形狀成為所期待之平坦度的範圍內，最終精密研磨步驟前的粗研磨步驟非常重要。舉例來說，雖然在粗研磨步驟中，存有「採用雙面研磨機同時加工表、背面」的方法，但此時，分別貼有研磨布之上轉盤與下轉盤的平坦度更高，更為合適。就研磨布而言，可採用硬質發泡的聚氨酯(polyurethane)，但為了使研磨布表面常保高平坦度，每經數個批次(batch)後執行顆粒修正(pellet dressing)的作法有效。顆粒修正，採用具有金剛石顆粒的修整載具之類的修整載具，一邊供給水或研磨粒並使其流動，再根據平衡壓而施以30gf/cm2的荷重並持續數分鐘~數十分鐘左右，最好是依據與一般研磨相同的要領，製作「設計成可嵌入特定研磨機之齒輪的修整載體」而實施研磨布表面平坦度的修整。
關於在粗研磨步驟中一般所使用的硬質發泡聚氨酯研磨布，最好是預先形成可令研磨液流遍整個基板 的溝。藉由使研磨液流遍整個基板，使面內的研磨紋路變少，可獲得平坦度良好的基板。研磨布之溝的形狀，可形成：多數條實線或凹溝相互保持特定間隔並形成平行的條紋狀等。
就粗研磨所使用的研磨液而言，可列舉出含有矽石(silica)、氧化鈰(ceria)、剛鋁石(alundum)、白色氧化鋁(white alundum；WA)、FO(日本Fujimi公司的產品)、氧化鋯(zirconia)、SiC、金剛石、氧化鈦(titania)、鍺(germanium)等研磨粒的液體，研磨粒的粒度為0.1~10μm，其中又以0.5~3μm最佳，就研磨液而言，可適當地採用上述研磨粒的水漿體等。
在最終精密研磨後，形成有凹凸之圖型後所使用之面的中心1~50mm平方範圍的平坦度為350nm以下，同時期待形成有凹凸之圖型後所使用的面(A面)之相反側的面(B面)的平坦度，是整個面為3μm以下的表面及相反面形狀的場合中，粗研磨步驟中的表面形狀控制非常重要。舉例來說，在利用雙面研磨機進行研磨的場合中，由於在上轉盤側與下轉盤側由研磨所產生之形狀變化的方式有若干的不同，因此在研磨前，可採用「可期待研磨後的平坦度符合上述條件」的方向將基板裝入，並藉由控制自、公轉比，或適當地選定研磨載體上用來設定工件之孔的位置，亦即載體的中心與孔之中心的偏距，而控制基板表面及相反面的平坦度。為了執行上述的形狀控制，最好在精研加工後與粗研磨後，確認表面與相反面雙方的 平坦度與形狀。就確認的方法而言，可採用光學干涉儀或雷射位移感測器來測量，在本發明中是採用光學干涉儀來測量。
由於最終精密研磨中的形狀變化非常地小，因使粗研磨步驟完成時的形狀最好是成為「形成有凹凸之圖型後所使用之面的中心1~50mm平方範圍的平坦度為350nm以下，同時形成有凹凸之圖型後所使用的面(A面)之相反側的面(B面)的平坦度，是整個面為3μm以下」的表面及相反面形狀。在粗研磨步驟完成時的形狀不符合上述條件的場合中，可反覆執行粗研磨步驟直到成為所期待的平坦度，或針對平坦度不佳的突起部分採用「平坦化的電漿蝕刻技術」或「使用局部研磨之小型研磨工具等的研磨技術」來降低平坦度後，再進入精密研磨步驟。此外，在完成精密研磨步驟後仍未達到所期望之平坦度的場合中，亦可在該階段中採用「電漿蝕刻技術」、或「局部採用小型研磨工具等的研磨技術」來降低平坦度以達成所期望的平坦度。這樣的局部研磨方法，譬如日本特開2002-318450號公報(專利文獻4)所記載。
但是，電漿蝕刻技術、或局部採用小型研磨工具的研磨技術，由於是連續地執行局部性加工的方法，因此有加工時間變長的傾向。在欲進行修正之基板的平坦度遠偏離於所期待之平坦度的場合中，加工時間變得特別長。此外，舉例來說，在精密研磨前執行局部研磨的場合中，由於局部研磨後還有精密研磨，因此具有「容易產生 正面寬度1μm左右之細小傷痕」的缺點，故可採用研磨速度快的硬工具來縮短研磨時間，而在精密研磨後實施局部研磨的場合中，局部研磨面成為最終的面，由於即使是存在1μm左右的細小傷痕也不被允許，因此不得不採用柔軟的工具來進行研磨，由於在該場合中的研磨速率有緩慢的傾向，以致研磨時間變得更長。
在粗研磨步驟結束後，最終精密研磨步驟中所使用的研磨布，可視所需之表面的品質而任意地選擇，舉例來說，可採用麂皮(suede)、浸漬有胺甲酸乙酯(urethane)的不織布、軟質的發泡胺甲酸乙酯等材質的研磨布。一旦未遍及整個基板地平均供給研磨液、或未能快速地將研磨屑排出以致堵塞於研磨布內時，將在基板內產生不一致的研磨速度，結果將使平坦度變差。為了避免上述的情形，亦可在研磨布的全面形成溝。藉由上述的溝可平均地供給研磨液而使研磨液充分地遍及基板內部，且研磨屑可快速地通過該溝而排出，因此研磨速度得以控制，可使平坦度變得良好並防止惡化。溝的形狀，可形成條紋狀等。
就研磨液所含有的研磨粒而言，可列舉出矽石、氧化鈰、剛鋁石、白色氧化鋁(WA)、FO、氧化鋯、SiC、金剛石、氧化鈦、鍺等，研磨粒的粒度為5~1000nm，其中又以10~150nm最佳，就研磨液而言，可適當地採用上述研磨粒的水漿體等。
本發明之方形模具用基板的檢查方法，可藉 由譬如以光學干涉式的平坦度測量裝置測量平坦度來判斷方形模具用基板是否符合上述條件，進而判斷基板是否良好。
就本發明中，對方形模具用基板從A面中心1~50mm×1~50mm平方範圍到基板B面為止的距離t1’、與從基板A面除了中心1~50mm×1~50mm平方以外的範圍到基板B面為止的距離t1，賦予t1’>t1之關係的步驟，可以在粗研磨之前或之後、或者精密研磨之前或之後皆可，但為了獲得特定的平坦度，最好是在精密研磨之後。這是由於：面對距離t1’大於t1的基板表面，採用設計成「利用粗研磨步驟與精密研磨步驟來研磨平板」的傳統研磨方法，是難以進行平坦度良好的研磨。賦予t1’>t1之關係的步驟，譬如藉由以下方式執行：使用加工機械的研削、噴砂、濕式蝕刻、乾式蝕刻，對基板A面除了中心1~50mm×1~50mm平方以外的範圍執行局部性的去除等來減少t1。
本發明中，獲得「方形模具用基板中心之1~50mm×1~50mm平方之部位的雙折射量的最大值為3nm/cm以下」之方形模具用基板的方法，可以是任何習知的方法。在合成石英玻璃基板的場合中，雙折射量譬如可藉由使合成石英玻璃從1200℃緩緩地下降至800℃而降低。該緩慢的降溫，也可以在令合成石英玻璃鑄錠(ingot)成形為所期望的形狀時，同時實施。此外，在成形之後執行合成石英玻璃的退火(徐冷)處理後，也可以 在大氣環境下或者氧氣環境下緩緩地降溫。
就本發明中，在方形模具用基板的B面執行非貫穿的孔或溝之加工的步驟，可以在粗研磨之前或之後、或者精密研磨之前或之後皆無妨，但為了獲得特定的平坦度，最好是在精密研磨之後。這是由於：面對具有非貫穿的孔或溝的基板表面，採用設計成「利用粗研磨步驟與精密研磨步驟來研磨平板」的傳統研磨方法，是難以進行平坦度良好的研磨。
非貫穿之孔或溝的加工方法，譬如可採用工作母機或其他的數值控制加工機械，以不會產生裂痕、瑕疵、劇烈碎裂等的研削條件，促使研磨輪旋轉移動，而對基板的加工面實施特定尺寸、深度之非貫穿的孔或溝的研削。
具體地說，採用「利用電鍍或金屬接合(metal bonded)固定金剛石研磨粒、CBN研磨粒等」的研磨輪，並以主軸轉速100~30000rpm，最好是1000~15000rpm，研削速度1~10000mm/min，最好是10~1000mm/min的條件執行研削。
非貫穿的孔或溝的底面及側面的研削加工面，可視需要而施以鏡面加工。藉由去除研削加工面的加工變質層而去除因研削所產生的殘留應力，可抑制因殘留應力所引起之基板的形狀變化。此外，一旦非貫穿的孔或溝之底面或側面非鏡面時，將難以利用洗淨將污漬完全去除，有時將因為未清除乾淨的污漬而導致圖型受到汙染， 這點並不樂見。此外，如以上所述，藉由使非貫穿的孔或溝之底面或側面形成鏡面，底面的強度將大幅地增加。
對非貫穿之孔或溝的底面或側面之各自的研磨面執行鏡面加工的方法，譬如，利用特定的壓力使研削面與轉動研磨工具的研磨加工部形成接觸，並以特定的速度形成相對移動而執行。
轉動研磨工具，只要其研磨加工部為旋轉體的話，可以是任何的研磨工具，可列舉出將研磨工具安裝於「具有工具夾頭部的心軸(spindle)」、手持電動工具(leutor)等的方式。
就研磨工具的材質而言，至少其研磨加工部為GC研磨輪、WA研磨輪、金剛石研磨輪、鈰研磨輪、鈰研磨墊、橡膠研磨輪、毛氈拋光輪(felt buff)、聚氨酯(polyurethane)等，只要是可加工去除被加工物的材料，其種類並無限制。
在「使轉動研磨工具的研磨加工部接觸於上述非貫穿的孔、溝或具有段差的底面及側面的研削面，並執行研磨」的場合中，最好是在「存有研磨粒漿液」的狀態下執行加工。
在該場合中，就研磨粒而言，可列舉出矽石、氧化鈰、剛鋁石、白色氧化鋁(WA)、FO、氧化鋯、SiC、金剛石、氧化鈦、鍺等，其研磨粒的粒度最好是10nm~10μm，且可適當地採用上述研磨粒的水漿體等。
就本發明中，對方形模具用基板的B面實施非貫穿的孔或溝的加工，並對從A面中心1~50mm×1~50mm平方範圍到基板B面為止的距離t2’、與從基板A面除了中心1~50mm×1~50mm平方以外的範圍到基板B面為止的距離t2，賦予t2’>t2之關係的步驟，可以在粗研磨之前或之後、或者精密研磨之前或之後皆可，但為了獲得特定的平坦度，最好是在精密研磨之後。這是由於：面對距離t2’大於t2的基板表面，採用設計成「利用粗研磨步驟與精密研磨步驟來研磨平板」的傳統研磨方法，是難以進行平坦度良好的研磨。實施非貫穿之孔或溝加工的步驟、與賦予t2’>t2之關係的步驟，無論哪一個先執行皆無妨。非貫穿之孔或溝的加工方法及賦予t2’>t2之關係的加工方法，與先前所說明的方法相同。
[實施例]
以下，顯示實施例與比較例，並具體地說明本發明，但是本發明並不侷限於以下的實施例。
[實施例1]
對合成石英原料執行切片、精研加工，而獲得外形152mm平方、厚度6.50mm之平滑玻璃面的方形基板半成品原料。將該方形基板半成品原料投入組合有「粒度較粗的氧化鈰研磨劑(平均粒徑為1.4μm；昭和電工(股)製造，商品名為SHOROX)」、與硬質發泡聚氨酯的粗研磨 步驟。粗研磨是採用雙面研磨機執行，在硬質發泡聚氨酯的研磨布表面，使溝(溝的節距3cm、溝的寬度2mm)形成條紋狀，並在每一個特定的批次後執行金剛石的顆粒修正等，執行研磨布表面的監控，使石英玻璃基板於研磨後，其形成有凹凸圖型的面、及其相反側的面的平坦度成為特定的平坦度。
經粗研磨後的結果，加工成預先設定之厚度6.35mm且經鏡面化的石英玻璃基板。當採用光學干涉式的平坦度測量裝置(Tropel公司生產的UltraFlat 200M)，對「形成有凹凸之圖型後所使用的面(A面)之中心50mm平方的中央」測量平坦度時，平坦度為0.112μm。
接著，利用精密研磨對該基板執行平滑鏡面化。將「在麂皮製的研磨布上，使溝(溝的節距為3cm)形成條紋狀」的研磨布貼附於雙面研磨機，一邊供給含有膠態矽石研磨粒的研磨液(平均粒徑為80nm；Fujimi(股)製造，商品名為Compol 80)，並一邊執行研磨。在研磨結束後對基板施以精密洗淨，並在乾燥後，調查基板之「形成有凹凸的圖型後所使用的面(A面)」及其相反側的面(B面)的平坦度。當利用光學干涉式的平坦度測量裝置(Tropel公司生產的UltraFlat 200M)，測量前述A面中心之50mm平方範圍的平坦度時，平坦度為75nm。前述B面之全面(除了測量精度不佳之外周3mm以外的146mm平方範圍)的平坦度為1.45μm。就前述B面除了中心50~100mm平方以外的範圍而言，除了中心 50mm平方以外之全面(除了測量精度不佳的外周3mm、及中心50mm平方以外的146mm平方範圍)的平坦度，為1.45μm。此外，前述A面中心50mm平方範圍之平均平面的法線向量、與前述B面除了中心50mm平方以外的範圍之平均平面的法線向量所形成的角為2秒，呈現大致平行。而在中心部50mm平方領域之表面缺陷的尺寸為0.05μm以下。
[實施例2]
採用與實施例1相同的方法來準備原料基板，並進行至粗研磨為止。當測量平坦度時，前述A面之中心50mm平方的平坦度為0.30μm。在此之後，與實施例1相同，執行精密研磨，且更進一步利用小型的研磨工具，對50mm平方內的***位置進行研磨，使平坦度變好。
當對以上述方式所製作之基板的前述A面中心50mm平方的平坦度進行測量時，測量出138nm的值。此外，前述B面之全面(除了測量精度不佳之外周3mm以外的146mm平方範圍)的平坦度為1.57μm。就前述B面除了中心50~100mm平方以外的範圍而言，除了中心50mm平方以外之全面(除了測量精度不佳的外周3mm、及中心50mm平方以外的146mm平方範圍)的平坦度，為1.36μm。此外，前述A面中心50mm平方範圍之平均平面的法線向量、與前述B面除了中心50mm平方以外的範圍之平均平面的法線向量所形成的角為4秒，呈現大致平 行。而在中心部50mm平方領域之表面缺陷的尺寸為0.05μm以下。
[實施例3]
採用與實施例1相同的方法來準備原料基板，並進行至粗研磨為止。當測量平坦度時，前述A面之中心10mm×20mm方形的平坦度為47nm。在此之後，與實施例1相同，執行精密研磨。精密研磨後之前述A面中心10mm×20mm方形的平坦度為0.044μm，前述B面之全面(除了測量精度不佳之外周3mm以外的146mm平方範圍)的平坦度為1.55μm。
利用「以光蝕刻法所局部成膜的Cr膜與光阻劑」掩蓋該基板之A面中心10mm×20mm的方形部位，並以室溫的狀態於30質量%的氫氟酸水溶液中浸漬50分鐘，對中心之10mm×20mm方形以外的部分實施0.020mm的蝕刻，使「從基板之A面中心10mm×20mm的方形範圍到基板之B面為止的距離t1’、與從基板A面除了中心10mm×20mm之方形以外的範圍到基板之B面為止的距離t1」形成t1’=t1+0.020mm，使其呈現t1’≧t1的關係。
當對以上述方式所製作之基板的前述A面中心10mm×20mm之方形的平坦度進行測量時，測量出45nm的值。此外，前述B面之全面(除了測量精度不佳之外周3mm以外的146mm平方範圍)的平坦度為1.74μm。就前述B面除了中心50~100mm平方以外的範圍而言，除了中心 50mm平方以外之全面(除了測量精度不佳的外周3mm、及中心50mm平方以外的146mm平方範圍)的平坦度，為1.56μm。此外，前述A面中心10mm×20mm方形範圍之平均平面的法線向量、與前述B面除了中心50mm平方以外的範圍之平均平面的法線向量所形成的角為4秒，呈現大致平行。而在中心部10mm×20mm領域之表面缺陷的尺寸為0.05μm以下。
[實施例4]
採用與實施例1相同的方法來準備原料基板，並進行至粗研磨為止。當測量平坦度時，中心50mm平方的平坦度為110nm。在此之後，與實施例1相同，執行精密研磨。精密研磨後之前述A面中心50mm平方的平坦度為0.097μm，前述B面之全面(除了測量精度不佳之外周3mm以外的146mm平方範圍)的平坦度為1.78μm。利用工作母機在該基板之前述B面的中心形成直徑80mm、深度5mm之圓形非貫穿的孔，並利用羊毛的毛氈拋光輪與氧化鈰研磨劑(平均粒徑為1.4μm；昭和電工(股)製造，商品名為SHOROX)，對底面及側面的研磨面實施鏡面加工。鏡面加工後，當測量基板的平坦度時，形成非貫穿孔後之前述A面中心50mm平方的平坦度為0.154μm，前述B面除了形成有直徑80mm之非貫穿孔的領域之外的全面(除了測量精度不佳的外周3mm、及設有非貫穿孔之直徑80mm以外的146mm平方範圍)的平坦度，為 1.49μm。此外，前述A面中心50mm平方範圍之平均平面的法線向量、與前述B面除了「將B面的中心作為中心之非貫穿的孔(直徑80mm)」以外的範圍之平均平面的法線向量所形成的角為3.5秒，呈現大致平行。而在中心部50mm平方領域之表面缺陷的尺寸為0.05μm以下。
[實施例5]
採用與實施例1相同的方法來準備原料基板，並進行至粗研磨為止。當測量平坦度時，中心50mm平方的平坦度為118nm。在此之後，與實施例1相同，執行精密研磨。精密研磨後之前述A面中心50mm平方的平坦度為0.107μm，前述B面之全面(除了測量精度不佳之外周3mm以外的146mm平方範圍)的平坦度為1.61μm。利用工作母機對該基板之前述B面的中心加工深度3mm、寬度30mm、長度152mm且平行於端面的溝。經工作母機加工後，當測量基板的平坦度時，形成溝後之前述A面中心50mm平方的平坦度為0.120μm，前述B面除了形成有寬度30mm、長度152mm之溝的領域之外的全面(除了測量精度不佳的外周3mm、及設有溝之30mm×152mm方形以外的146mm平方範圍)的平坦度，為1.55μm。此外，前述A面中心50mm平方範圍之平均平面的法線向量、與前述B面除了「將B面的中心作為中心之溝(寬度30mm、長度152mm)」以外的範圍之平均平面的法線向量所形成的角為4秒，呈現大致平行。而在中心部50mm平方領域 之表面缺陷的尺寸為0.05μm以下。
[實施例6]
採用與實施例1相同的方法來準備原料基板，並進行至粗研磨為止。當測量平坦度時，前述A面之中心30mm×50mm方形的平坦度為87nm。在此之後，與實施例1相同，執行精密研磨。精密研磨後之前述A面中心30mm×50mm方形的平坦度為0.085μm，前述B面之全面(除了測量精度不佳之外周3mm以外的146mm平方範圍)的平坦度為1.64μm。
利用「以光蝕刻法所局部成膜的Cr膜與光阻劑」掩蓋該基板之A面中心30mm×50mm的方形部位，並以室溫的狀態於50質量%的氫氟酸水溶液中浸漬90分鐘，對中心之30mm×50mm方形以外的部分實施0.050mm的蝕刻，使「從基板之A面中心30mm×50mm的方形範圍到基板之B面為止的距離t1’、與從基板A面除了中心30mm×50mm之方形以外的範圍到基板之B面為止的距離t1」形成t1’=t1+0.050mm，使其呈現t1’≧t1的關係。
利用工作母機在該基板之前述B面的中心形成直徑70mm、深度4mm之圓形非貫穿的孔，並利用羊毛的毛氈拋光輪與氧化鈰研磨劑(平均粒徑為1.4μm；昭和電工(股)製造，商品名為SHOROX)，對底面及側面的研磨面實施鏡面加工。
鏡面加工後，當測量基板的平坦度時，形成非貫穿孔 後之前述A面中心30mm×50mm方形的平坦度為0.091μm，前述B面除了形成有直徑70mm之非貫穿孔的領域之外的全面(除了測量精度不佳的外周3mm、及設有非貫穿孔之直徑70mm以外的146mm平方範圍)的平坦度，為1.63μm。此外，前述A面中心50mm平方範圍之平均平面的法線向量、與前述B面除了「將B面的中心作為中心之非貫穿的孔(直徑70mm)」以外的範圍之平均平面的法線向量所形成的角為4.5秒，呈現大致平行。而在中心部30mm×50mm領域之表面缺陷的尺寸為0.05μm以下。
[實施例7]
採用與實施例1相同的方法來準備原料基板，並進行至粗研磨為止。當測量平坦度時，中心20mm×40mm方形的平坦度為75nm。在此之後，與實施例1相同，執行精密研磨。精密研磨後之前述A面中心20mm×40mm方形的平坦度為0.071μm，前述B面之全面(除了測量精度不佳之外周3mm以外的146mm平方範圍)的平坦度為1.53μm。
利用工作母機對該基板除了A面中心20mm×40mm以外的部分執行1.5mm的研削，使「從基板之A面中心20mm×40mm的方形範圍到基板之B面為止的距離t1’、與從基板A面除了中心20mm×40mm之方形以外的範圍到基板之B面為止的距離t1」形成t1’=t1+1.5mm，使其呈 現t1’≧t1的關係。
在此之後，利用工作母機對該基板之前述B面的中心加工深度2mm、寬度10mm、長度152mm且平行於端面的溝。經工作母機加工後，當測量基板的平坦度時，形成溝後之前述A面中心20mm×40mm方形的平坦度為0.072μm，前述B面除了形成有寬度20mm、長度152mm之溝的領域之外的全面(除了測量精度不佳的外周3mm、及設有溝之20mm×152mm方形以外的146mm平方範圍)的平坦度，為1.51μm。此外，前述A面中心50mm平方範圍之平均平面的法線向量、與前述B面除了「將B面的中心作為中心之溝(寬度20mm、長度152mm)」以外的範圍之平均平面的法線向量所形成的角為4秒，呈現大致平行。而在中心部20mm×40mm領域之表面缺陷的尺寸為0.05μm以下。
[比較例1]
對合成石英原料執行切片、精研、粗研磨。但是粗研磨時所使用之硬質發泡聚氨酯的研磨布，是使用了數十批次之研磨的舊研磨布，且研磨期間不執行金剛石的顆粒修正，因此研磨布表面的平坦度呈現不佳的狀態(平坦度：50μm)。在粗研磨後，當測量平坦度時，前述A面之中心50mm平方的平坦度為0.38μm。
利用精密研磨對該基板執行平滑鏡面化。將「在麂皮製的研磨布上，使溝(溝的節距為3cm)形成條紋狀」的 研磨布貼附於雙面研磨機，一邊供給含有膠態矽石研磨粒的研磨液(平均粒徑為80nm；Fujimi(股)製造，商品名為Compol 80)，並一邊執行研磨。
研磨結束後對基板施以精密洗淨，並於乾燥後調查基板之表面及相反面的平坦度。當利用光學干涉式的平坦度測量裝置(Tropel公司生產的UltraFlat 200M)，測量前述A面中心之50mm平方範圍的平坦度時，平坦度為0.54μm。前述B面之全面(除了測量精度不佳之外周3mm以外的146mm平方範圍)的平坦度為3.84μm。就前述B面除了中心50~100mm方形以外的範圍而言，除了中心50mm平方以外之全面(除了測量精度不佳的外周3mm、及中心50mm平方以外的146mm平方範圍)的平坦度，為3.60μm。此外，前述A面中心50mm平方範圍之平均平面的法線向量、與前述B面除了中心50mm平方以外的範圍之平均平面的法線向量所形成的角為56秒。
1‧‧‧方形模具用基板
2‧‧‧A面
3‧‧‧B面
4‧‧‧側面
5‧‧‧倒角部
6‧‧‧A面中心之1~50mm×1~50mm平方的範圍
7‧‧‧A面除了中心之1~50mm×1~50mm平方以外的範圍

Claims (9)

  1. 一種方形模具用基板，是在基板上形成凹凸的圖型後所使用之方形的模具用基板，其特徵為：具有形成凹凸的圖型後所使用的面(A面)、與該A面之相反側的面(B面)，前述A面之中心的1~50mm×1~50mm平方的範圍，且形成有凹凸之圖型的領域的平坦度為350nm以下；前述方形模具用基板之A面中心的1~50mm×1~50mm平方的範圍，且從形成有凹凸之圖型的領域到基板A面之相反側的B面為止的距離t1’；與從基板A面之除了中心的1~50mm×1~50mm平方以外的範圍到基板B面為止的距離t1，為t1’≧t1。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載的方形模具用基板，其中較「從前述方形模具用基板之B面周緣起3mm內側」的部位更內側之方形範圍的平坦度，為3μm以下。
  3. 如申請專利範圍第1項所記載的方形模具用基板，其中前述B面除了中心之50~100mm方形以外的範圍，且較從周緣起3mm內側的部位更內側之方形範圍的平坦度，為3μm以下。
  4. 如申請專利範圍第1項所記載的方形模具用基板，其中前述A面之中心的1~50mm×1~50mm平方的範圍，且形成有凹凸之圖型的領域的平均平面；與前述B面除了中心之50~100mm方形之範圍以外的平均平面，是大 致平行。
  5. 如申請專利範圍第1項所記載的方形模具用基板，其中前述方形模具用基板之中心的1~50mm×1~50mm平方的範圍，且形成有凹凸之圖型的領域的雙折射量，為3nm/cm以下。
  6. 一種方形模具用基板，是在基板上形成凹凸的圖型後所使用之方形的模具用基板，其特徵為：具有形成凹凸的圖型後所使用的面(A面)、與該A面之相反側的面(B面)，前述A面之中心的1~50mm×1~50mm平方的範圍，且形成有凹凸之圖型的領域的平坦度為350nm以下，B面具有非貫穿的孔或溝；前述方形模具用基板之A面中心的1~50mm×1~50mm平方的範圍且從形成有凹凸之圖型的領域，到基板的B面且未形成有非貫穿之孔或溝的面為止的距離t2’；與從基板之除了A面中心的1~50mm×1~50mm平方以外的範圍，到基板B面之未形成有非貫穿的孔或溝的面為止的距離t2，為t2’≧t2。
  7. 如申請專利範圍第6項所記載的方形模具用基板，其中較從前述方形模具用基板之B面周緣起3mm內側的部位更內側之方形範圍，且除了非貫穿的孔或溝以外之部位的平坦度，為3μm以下。
  8. 如申請專利範圍第6項所記載的方形模具用基板，其中前述A面之中心的1~50mm×1~50mm平方的範圍，且形成有凹凸之圖型的領域的平均平面；與前述B面 除了非貫穿的孔或溝以外之部位的平均平面，是大致平行。
  9. 如申請專利範圍第6項所記載的方形模具用基板，其中前述方形模具用基板之中心的1~50mm×1~50mm平方的範圍，且形成有凹凸之圖型的領域的雙折射量，為3nm/cm以下。
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