JP5476796B2 - ナノインプリントモールドおよびパターン形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、微細なパターン形成が可能なナノインプリントモールドと、このナノインプリントモールドを用いたパターン形成方法に関する。

微細加工技術として、近年ナノインプリント技術に注目が集まっている。ナノインプリント技術は、基材の表面に微細な凹凸構造を形成した型部材を用い、凹凸構造を被加工物に転写することで微細構造を等倍転写するパターン形成技術である（特許文献１）。
上記のナノインプリント技術の一つの方法として、光インプリント法が知られている。この光インプリント法では、例えば、基材表面に光硬化性の樹脂層を形成し、この樹脂層に所望の凹凸構造を有するモールド（型部材）を圧着する。そして、この状態でモールド側から樹脂層に紫外線を照射して樹脂層を硬化させ、その後、モールドを樹脂層から離型する。これにより、モールドが有する凹凸が反転した凹凸構造を被加工物である樹脂層に形成することができる（特許文献２）。このような光インプリント法は、従来のフォトリソグラフィ技術では形成が困難なナノメートルオーダーの微細パターンの形成が可能であり、次世代リソグラフィ技術として有望視されている。

しかし、光インプリント法では、モールドと被加工物との間の平行度が確保されない場合、凹凸構造が転写形成された樹脂層に厚みムラが生じ、高精細なパターン形成が困難になるという問題があった。このため、レーザー光をモールドの裏面から入射させ、モールドの表面（凹凸構造が形成されている面）に設けたアライメントマークで生じた回折光と参照光との干渉を光検出器で検出してモールドの複数箇所で表面位置を計測し、平行度を制御することが行われている（特許文献３）。また、レーザー光をモールドの表面（凹凸構造が形成されている面）に斜めに照射し、表面からの反射光の位置をモニターし、位置を計測して平行度を制御することが行われている（特許文献４）。

米国特許第５，７７２，９０５号 特表２００２−５３９６０４号公報 特開２００７−２００９５３号公報 特開２００３−２６４１３６号公報

しかし、上記の特許文献３のような平行度の制御は、モールドからの反射光と参照光の干渉を利用して位置計測を行うので、測定対象のモールドがウエハモールドのように薄い場合（例えば、厚さが４ｍｍ以下）、モールドの裏面と表面の多重反射により、計測値がぼける可能性があり、また、モールドの表面での反射率と裏面での反射率の差が小さくなり、どの干渉ピークがモールドの表面に相当するか不明確になるという問題があった。
一方、上記の特許文献４のような平行度の制御は、レーザー光をモールドの表面に照射するので、上記のような問題はなく、モールドの表面側に反射平面が存在し、その反射平面の厚みが、例えば、４ｍｍを超えるような十分な厚みを有していれば、モールド表面の位置検出が可能である。このことを、図１６を参照して説明する。モールド６１が十分な厚みを有する場合には、モールド６１に対して光源７１から斜めに入射した入射光Ａがモールド６１の表面で反射された光（表面反射光Ｂ１）のピーク位置と、モールド６１に入射して裏面で反射された光（反射戻り光Ｂ２）のピーク位置とが離れており、これらが光束位置検出器７２で同時に検出されることはない。

しかし、モールドがウエハモールドのように、厚さが４ｍｍ以下である場合、上記のモールド６１の表面からの反射光（表面反射光Ｂ１）と裏面からの反射光（反射戻り光Ｂ２）とが接近し、図１７（Ａ）に示すように、光束位置検出器７２でこれらを同時に検出することになる。このように、表面反射光Ｂ１の位置ピークと反射戻り光Ｂ２の位置ピークが光束位置検出器７２の光束検出面内に同時に入射した場合、光束位置検出器７２側では両方の信号を用いてモールドの表面位置を算出するため、実際の表面位置とは異なる値が算出される。すなわち、図１７（Ｂ）に示すように、見かけの反射光Ｂ″によるピーク位置によってモールドの表面位置が算出されることになり、図示に２点鎖線で示すように、実際の位置よりも高い位置が算出されてしまう。このように、モールドの複数の箇所で計測した表面位置が正確でない場合、モールドと被加工物との平行度の制御を高い精度で行うことができないという問題があった。

このような目的を達成するために、本発明のナノインプリントモールドは、厚みが４ｍｍ以下である透明な基材と、該基材の表面側に形成された凹凸パターンと、反射防止部とを有し、該反射防止部は前記基材の裏面側の少なくとも一部の領域、あるいは前記基材の内部の少なくとも一部の領域に位置し、前記基材の表面は、前記凹凸パターンが形成されたパターン領域と、該パターン領域の周囲に位置する非パターン領域とに画定され、前記パターン領域は前記非パターン領域に対して凸状であり、前記反射防止部は前記パターン領域から前記基材に入射した検出光が反射して前記パターン領域から出射するのを防止するような構成とした。

また、本発明の他の態様として、前記反射防止部は、検出光（ガウシアンビーム）の広がりをａ、基材の表面への入射角をθとする光学的な基材の表面位置検出機構にて、基材表面から反射防止部までの厚さがＤ、基材の屈折率がｎｓであり、基材表面からの反射光と反射防止部と基材との界面あるいは基材裏面からの反射戻り光との強度比がαであり、合成されるガウシアンビームの断面強度分布が
ｆ＝exp(-x²/a²) +αexp(-(x-ｄ)²/a²)
ここで、ｄは反射光と反射戻り光との位置ずれ量であり、
ｄ＝２Ｄcosθtan（sin^-1(sinθ/ｎｓ)）である
で表される系において、前記断面強度分布プロファイルの微分値が０となるＸの値に1/（2tanθcosθ）を乗じた値が１０μｍ以下となるような強度比αの範囲を求め、反射戻り光の強度が該強度比αの範囲を満たすような反射防止構造を備えるような構成とした。

また、本発明の他の態様として、前記反射防止部は、前記基材の裏面に設けた粗面部であるような構成とした。
また、本発明の他の態様として、前記反射防止部は、前記基材の裏面に配設された反射防止層からなり、該反射防止層の屈折率ｎは１．３０以下であり、また、検出光の波長をλとしたときに、前記反射防止層の厚みＬは、位相条件より、
ｎＬ＝（２ｍ−１）λ／４ （ｍは整数）
を満足するような構成とした。
また、本発明の他の態様として、前記反射防止部は、前記基材の裏面に反射防止層が積層されてなる２層構造であり、前記基材の裏面側に位置する反射防止層の屈折率は、前記基材の屈折率よりも大きいような構成とした。
また、本発明の他の態様として、前記反射防止部は、前記基材の裏面に配設された光吸収層からなるような構成とした。
また、本発明の他の態様として、前記反射防止部は、前記基材の内部に位置する低光透過率層であるような構成とした。

本発明のナノインプリントモールドは、厚みが４ｍｍ以下である透明な基材と、該基材の表面側に形成された凹凸パターンと、反射防止部とを有し、該反射防止部は前記基材の裏面側の少なくとも一部の領域、あるいは前記基材の内部の少なくとも一部の領域に位置し、前記反射防止部は、検出光（ガウシアンビーム）の広がりをａ、基材の表面への入射角をθとする光学的な基材の表面位置検出機構にて、基材表面から反射防止部までの厚さがＤ、基材の屈折率がｎｓであり、基材表面からの反射光と反射防止部と基材との界面あるいは基材裏面からの反射戻り光との強度比がαであり、合成されるガウシアンビームの断面強度分布が
ｆ＝exp(-x ² /a ² ) +αexp(-(x-ｄ) ² /a ² )
ここで、ｄは反射光と反射戻り光との位置ずれ量であり、
ｄ＝２Ｄcosθtan（sin ^-1 (sinθ/ｎｓ)）である
で表される系において、前記断面強度分布プロファイルの微分値が０となるＸの値に1/（2tanθcosθ）を乗じた値が１０μｍ以下となるような強度比αの範囲を求め、反射戻り光の強度が該強度比αの範囲を満たすような反射防止構造を備えるような構成とした。
また、本発明の他の態様として、前記反射防止部は、前記基材の裏面に設けた粗面部であるような構成とした。
また、本発明の他の態様として、前記反射防止部は、前記基材の裏面に配設された反射防止層からなり、該反射防止層の屈折率ｎは１．３０以下であり、また、検出光の波長をλとしたときに、前記反射防止層の厚みＬは、位相条件より、
ｎＬ＝（２ｍ−１）λ／４ （ｍは整数）
を満足するような構成とした。
また、本発明の他の態様として、前記反射防止部は、前記基材の裏面に反射防止層が積層されてなる２層構造であり、前記基材の裏面側に位置する反射防止層の屈折率は、前記基材の屈折率よりも大きいような構成とした。
また、本発明の他の態様として、前記反射防止部は、前記基材の裏面に配設された光吸収層からなるような構成とした。
また、本発明の他の態様として、前記光吸収層は、前記基材の屈折率との差が±１２％以下である屈折率を有する材料からなり、かつ、検出光に対する吸光度が前記強度比αを満たすものであるような構成とした。
また、本発明の他の態様として、前記反射防止部は、前記基材の内部に位置する低光透過率層であるような構成とした。

本発明のパターン形成方法は、基材表面に光硬化性の樹脂層を備えた被加工物と、上述のいずれかのナノインプリントモールドとの間の平行度を確保し、ナノインプリントモールドの凹凸パターン形成面を前記樹脂層に接触させ、この状態で前記ナノインプリントモールドを介して前記被加工物に紫外線を照射して前記樹脂層を硬化させ、その後、前記ナノインプリントモールドを前記樹脂層から離型するような構成とした。

本発明のナノインプリントモールドは、基材が反射防止部を備えているので、基材の表面に照射された検出光が基材裏面で反射して表面に出射することが抑制され、ナノインプリントモールドの表面に照射された検出光のうち、基材表面で反射された反射光（表面反射光のピーク位置）のみによるモールドの表面位置の検出が可能となり、これにより、インプリント時において、モールドと被加工物との間の平行度を高い精度で確保することができる。
また、本発明のパターン形成方法は、モールドと被加工物との間の平行度を高い精度で確保することができるので、微細パターンを高い精度で形成することができる。

本発明のナノインプリントモールドの一実施形態を示す断面図である。 本発明のナノインプリントモールドの他の実施形態を示す断面図である。 本発明のナノインプリントモールドにおける反射防止部の配置を説明するための図である。 本発明のナノインプリントモールドの他の実施形態を示す断面図である。 本発明のナノインプリントモールドの他の実施形態を示す断面図である。 本発明のナノインプリントモールドにおける反射防止部の配置を説明するための図である。 本発明のナノインプリントモールドを構成する反射防止部の一例を説明するための断面図である。 本発明のナノインプリントモールドを構成する反射防止部の他の例を説明するための断面図である。 本発明のナノインプリントモールドを構成する反射防止部の他の例を説明するための断面図である。 本発明のナノインプリントモールドを構成する反射防止部の他の例を説明するための断面図である。 本発明のナノインプリントモールドを構成する反射防止部の他の例を説明するための断面図である。 本発明のナノインプリントモールドの製造例を説明するための工程図である。 本発明のパターン形成方法の一例を説明するための図である。 本発明のパターン形成方法の一例を説明するための図である。 本発明のパターン形成方法の一例を説明するための図である。 厚みの大きいモールドの表面位置の検出を説明する図面である。 厚みの小さいモールドの表面位置の検出を説明する図面である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
［ナノインプリントモールド］
図１は本発明のナノインプリントモールドの一実施形態を示す断面図である。図１において、ナノインプリントモールド１は、透明な基材２と、この基材２の表面２ａ側に形成された凹凸パターン３と、基材の裏面２ｂ側に形成された反射防止部４とを有している。また、本発明のナノインプリントモールドは、図２に示すように、反射防止部４を基材２の内部に備えるものであってもよい。

上記の反射防止部４は、基材２の表面２ａ側からモールド１に入射した表面位置検出用の光が、基材２の裏面２ｂで反射して表面２ａ側に出射するのを防止するものである。このような反射防止部４は、基材２の裏面２ｂ側の少なくとも一部の領域、あるいは基材２の内部の少なくとも一部の領域に配置される。図３は、反射防止部４の配置を説明するための図であり、反射防止部４の配置部位には斜線を付して示している。図３（Ａ）に示されるように、反射防止部４は、凹凸パターン３が形成された領域（鎖線で囲まれた領域）を含むように配置されたものであってよい。また、図３（Ｂ）に示されるように、凹凸パターン３が形成された領域（鎖線で囲まれた領域）を除く部位で、この凹凸パターン３を囲むように回廊形状に配置されていてもよい。さらに、図３（Ｃ）に示すように、凹凸パターン３が形成された領域（鎖線で囲まれた領域）を除く部位で、この凹凸パターン３を囲むように部分的に配置されていてもよい。勿論、反射防止部４は、基材２の裏面２ｂの全域、あるいは基材２の内部の全域に配置されていてもよい。

図４は本発明のナノインプリントモールドの他の実施形態を示す断面図である。図４において、ナノインプリントモールド１１は、透明な基材１２と、この基材１２の表面側に形成された凹凸パターン１３と、基材の裏面１２ｂ側に形成された反射防止部１４とを有している。そして、基材１２の表面は、凹凸パターン３が形成されたパターン領域１０Ａと、このパターン領域１０Ａの周囲に位置する非パターン領域１０Ｂとに画定され、パターン領域１０Ａの表面１２ａは非パターン領域１０Ｂの表面１２ａ′に対して凸状となっており、いわゆるメサ型構造を有している。また、本発明のナノインプリントモールド１１は、図５に示すように、反射防止部１４を基材１２の内部に備えるものであってもよい。

上記の反射防止部１４も、反射防止部４と同様に、基材１２のパターン領域１０Ａの表面１２ａ側からモールド１１に入射した表面位置検出用の光が、基材１２の裏面１２ｂで反射して表面１２ａ側に出射するのを防止するものである。このような反射防止部１４は、基材１２の裏面１２ｂ側の少なくとも一部の領域、あるいは基材１２の内部の少なくとも一部の領域に配置される。図６は、反射防止部１４の配置を説明するための図であり、反射防止部１４の配置部位には斜線を付して示している。図６（Ａ）に示されるように、反射防止部１４は、パターン領域１０Ａを含むように配置されたものであってよい。また、図６（Ｂ）に示されるように、パターン領域１０Ａであって、かつ、凹凸パターン１３が形成された領域（鎖線で囲まれた領域）を除く部位に、この凹凸パターン１３を囲むように回廊形状に配置されていてもよい。さらに、図６（Ｃ）に示すように、パターン領域１０Ａであって、かつ、凹凸パターン１３が形成された領域（鎖線で囲まれた領域）を除く部位に、この凹凸パターン１３を囲むように部分的に配置されていてもよい。勿論、反射防止部１４は、基材１２の裏面１２ｂの全域、あるいは基材１２の内部の全域に配置されていてもよい。

ここで、反射防止部４，１４は、検出光（ガウシアンビーム）の広がりをａ、基材２，１２の表面２ａ，１２ａへの入射角をθとする光学的な基材２，１２の表面位置検出機構にて、表面２ａ，１２ａから反射防止部４，１４までの厚さがＤ、基材２，１２の屈折率がｎｓであり、表面２ａ，１２ａからの反射光と、反射防止部４，１４と基材２，１２との界面あるいは基材２，１２の裏面２ｂ，１２ｂからの反射戻り光との強度比がαであり、合成されるガウシアンビームの断面強度分布が
ｆ＝exp(-x²/a²) +αexp(-(x-ｄ)²/a²)
ここで、ｄは反射光と反射戻り光との位置ずれ量であり、
ｄ＝２Ｄcosθtan（sin^-1(sinθ/ｎｓ)）である
で表される系において、
断面強度分布プロファイルの微分値が０となるＸの値に1/（2tanθcosθ）を乗じた値が１０μｍ以下となるような強度比αの範囲を求め、反射戻り光の強度が該強度比αの範囲を満たすような反射防止構造を備えるものである。

ナノインプリントモールド１，１１を構成する基材２，１２は透明基材であり、材料としては、例えば、石英ガラス、珪酸系ガラス、フッ化カルシウム、パイレックス（登録商標）ガラス、青板ガラス、ソーダガラス、ＢＫ−７等を用いることができる。基材２，１２の厚みは４ｍｍ以下であり、用途などによって適宜設定することができ、また、厚みの下限は特に制限はなく、凹凸パターン３，１３の形状、寸法や基材の強度、取り扱い適性等を考慮して設定することができる。
ナノインプリントモールド１を構成する凹凸パターン３，１３は、基材２，１２の表面２ａ，１２ａに形成されたマイクロ〜ナノオーダーの微小な凹凸構造である。このような凹凸パターン３，１３の寸法などは用途等に応じて適宜設定することができ、特に限定されない。

本発明では、上述のような反射防止部４を、図７に示されるように、基材２の裏面２ｂに設けられた粗面部２１とすることができる。このような粗面部２１は、例えば、機械研磨、サンドブラスト研磨、化学エッチング等を用いて行うことができる。粗面化の程度は、例えば、平均粗さＲａが０．４〜１００μｍ、好ましくは１〜４０μｍ、より好ましくは１０〜４０μｍ程度となるように設定することができる。粗面部２１の平均粗さＲａが０．４μｍ未満であると、上述のような反射防止構造とならず十分な反射防止効果が得られない。また、平均粗さＲａが１００μｍを超えると、反射防止部４の機能は得られるものの、モールド自体の剛性が不充分となり、インプリント時に歪みが生じる等の不具合が発生することがあり好ましくない。ここで、平均粗さＲａは、アルバック社製 段差計測装置ＤＥＫＴＡＫ８０００により測定したものとする。このような粗面部２１は、基材２の表面２ａ側から基材２内に入射してきた光を散乱させることができ、低い反射率を有するものである。したがって、反射防止部４として粗面部２１を備えた本発明のモールド１は、検出光の波長が異なる複数のインプリント装置に対して使用することができる。また、インプリント時において、モールド１の裏面から照射された照射光が粗面部２１によって拡散され、被加工物が均一に露光される。
尚、図７では、反射防止部４について説明しているが、反射防止部１４も同様とすることができる。以下の図８〜図１１を用いた反射防止部４についての説明においても同様である。

また、反射防止部４は、図８に示されるように、基材２の裏面２ｂに設けられた反射防止層２２とすることができる。この反射防止層２２は、以下のように屈折率と厚みを特定の範囲とすることにより、上述のような反射防止構造を具備したものとすることができる。すなわち、反射防止層２２は、その屈折率が基材２の屈折率よりも小さいものであり、屈折率が１．３０以下、好ましくは基材２の屈折率をｎｓとしたときに、振幅条件よりｎｓ^1/2程度、例えば、ｎｓ^1/2の±１０％程度の屈折率を有する材料で形成することができる。尚、屈折率は市販のエリプソメトリー装置を用いて測定することができる。このような材料としては、例えば、フッ素系樹脂、テフロン（登録商標）ＡＦ、サイトップ（登録商標）、ポーラスシリカナノ粒子分散液等を挙げることができる。このような反射防止層２２の厚みＬは、検出光の波長をλとしたときに、位相条件より、
ｎＬ＝（２ｍ−１）λ／４ （ｍは整数）
を満足するように設定することができる。したがって、反射率が極小となる厚みは周期的に存在し、反射防止層２２の厚みＬは、極小となる厚みに対して、±０．０３μｍ、好ましくは±０．０２μｍの範囲で適宜設定することができる。また、この位相条件では、ある厚みに対して、短波長側に反射率が極小となる波長が存在する。すなわち、反射防止層２２は、屈折率と厚みを調整することによって多波長に対して薄膜干渉による低反射機能を発現することができる。したがって、検出光の波長が異なる複数のインプリント装置に対して使用することができる。

さらに、反射防止部４は、図９に示されるように、基材２の裏面２ｂに反射防止層２３ａ、２３ｂを積層して２層構造の反射防止部４としてもよい。このような２層構造の反射防止部４は、２層構造における振幅条件、および、位相条件を満たすように屈折率と厚みを適宜設定することができる。例えば、周囲が空気（屈折率ｎ₁＝１）である場合、２層構造の反射防止部４を構成する反射防止層２３ａの屈折率、厚さをｎ₁、Ｌ₁とし、反射防止層２３ｂの屈折率、厚さをｎ₂、Ｌ₂とし、基材２の屈折率をｎ_sとすると、ｎ₁Ｌ₁＝ｎ₂Ｌ₂＝λ／４となる厚みで基材２に形成したときの反射率Ｒは、
Ｒ＝［１−ｎ_s（ｎ₂／ｎ₁）²］²／［１＋ｎ_s（ｎ₂／ｎ₁）²］²
で与えられる。反射率Ｒを０とするためには、ｎ_s（ｎ₂／ｎ₁）²が１となるように材料を選択すればよい。ここでは、吸収が無視できる透明材料を用い、ｎ₁Ｌ₁＝ｎ₂Ｌ₂＝λ／４となる厚みで積層構造を形成した場合を記載したが、この条件に限定されず、薄膜の光学定数で定義される特性行列の計算によって、材料と厚みを適宜設定することができる。このような２層構造の反射防止部４は、それぞれ選択した材料を用いて、スピンコート等の塗布方法で塗布し乾燥（硬化）する方法、スパッタリング等の真空成膜法で形成することができる。

また、反射防止部４は、図１０に示されるように、基材２の裏面２ｂに設けられた光吸収層２４とすることができる。この光吸収層２４は、基材２の屈折率との差が±１２％以下、好ましくは±１０％以下の範囲である光吸収性材料を用いて、スピンコート等の塗布方法で塗布し乾燥（硬化）する方法、スパッタリング等の真空成膜法で形成することができる。光吸収層２４が入射した光を減衰させる場合、膜厚に依存した薄膜干渉による反射率の増減が無くなるため、光吸収層２４の屈折率と基材２の屈折率との差が大きくなるにつれて、基材２と光吸収層２４の界面での反射が大きくなる。光吸収層２４の屈折率と基材２の屈折率との差が±１２％を超えると、光吸収層２４がほぼ１００％光を吸収する場合でも、上述の反射防止構造とならず十分な反射防止作用が得られない。

また、光吸収層２４は、吸収係数と厚みを適宜設定することによって、その効果が決められる。すなわち、光吸収層２４は、材料の吸収係数と厚さで光吸収の度合いが変わるので、光吸収層２４を、厚さと吸収係数で決まる吸光度で規定することが好ましい。そして、上述の強度比αを満たす（反射防止構造を有する）ように光吸収層２４を形成する。このような光吸収層２４は、例えば、フタロシアニン化合物、アントラキノン化合物、ナフトキノン化合物等の赤色吸収有機顔料色素を含む顔料レジスト等の材質を用いて形成することができる。
このように、光吸収層２４の屈折率が基材２の屈折率に近く（屈折率整合している）、かつ、光吸収層２４の吸光度が所定の範囲にあり、上述のような反射防止構造を有するので、低反射作用が発現される。したがって、検出光の波長が異なる複数のインプリント装置に対して使用することができる。

さらに、反射防止部４は、図１１に示されるように、基材２の内部に位置する低光透過率層２５とすることができる。この低光透過率層２５は、基材２に対して光学的性質が異なる層であり、このような低光透過率層２５の光透過率は、基材２の光透過率の５〜１８％程度とすることができる。低光透過率層２５の光透過率が基材２の光透過率の１８％を超える場合、上述のような反射防止構造とならず十分な反射防止作用が得られない。また、５％未満の場合は、極めて高い精度での表面位置検出が可能であるが、インプリント工程での転写樹脂硬化の時間が長くなりスループットが低くなるため、インプリントモールドとして適さないものとなる。低光透過率層２５は、例えば、基材２の内部にレーザー光を収斂して、基材２の光学的性質を変化させた層とすることができる。具体的には、レーザー光によって基材２に絶縁破壊を生じさせて不透明化された層とすることができる。この場合、レーザー光としては、ＹＡＧレーザー、ＹＬＦレーザー等を用いることができ、収斂させた部位で基材の絶縁破壊が起るような条件でレーザー光を照射する。絶縁破壊を生じさせる厚みは、例えば、１００μｍ以上で、基材２の厚み以下の範囲で設定することができる。

また、低光透過率層２５は、基材２に平均径が１０〜１００μｍ程度の気泡が密集あるいは散在して構成されている層とすることができる。この場合、基材２の作製時に気泡を形成する必要がある。気泡の形成方法としては、例えば、シリカ粉末に窒化ケイ素を添加して成形し窒素雰囲気中で加熱する方法がある。独立気泡数は、例えば、３×１０⁵〜５×１０⁶個／ｃｍ³の範囲で設定することができ、また、厚み方向の気泡密度が勾配を有するものであってもよい。尚、独立気泡数の計測は、目盛りつきレンズを有する偏光顕微鏡を用いて行うことができる。このような低光透過率層２５は、上述のような反射防止構造を有し、多波長に対して低い光透過性を示すので、検出光の波長が異なる複数のインプリント装置に対して使用することができる。

次に、本発明のナノインプリントモールドの製造例を図１に示されるモールド１を例として説明する。
図１２は、本発明のナノインプリントモールドの製造例を説明するための工程図である。まず、透明な基材２の裏面２ｂ側に反射防止部４を形成する（図１２（Ａ））。使用する基材２は、例えば、石英ガラス、珪酸系ガラス、フッ化カルシウム、パイレックス（登録商標）ガラス、青板ガラス、ソーダガラス、ＢＫ−７等を挙げることができる。基材２の厚みは４ｍｍ以下であり、用途などによって適宜設定することができ、また、厚みの下限は特に制限はなく、凹凸パターン３の形状、寸法や基材の強度、取り扱い適性等を考慮して設定することができる。
反射防止部４の形成は、上述の粗面部２１、反射防止層２２、内側反射防止層２３、光吸収層２４、低光透過率層２５の説明で記述したように行うことができ、ここでの説明は省略する。

次の工程として、基材２の表面上にクロム薄膜６を介してレジスト膜７を形成し、電子線描画装置内のステージ（図示せず）上に、基材２の裏面２ｂがステージと対向するように基材２を配置する（図１２（Ｂ））。尚、クロム薄膜６を介さずにレジスト膜７を形成してもよい。
次いで、基材２に対して高さ検出光を照射し、高さ検出光が基材２の表面２ａで反射された反射光（表面反射光のピーク位置）を検出して基材２の高さを検出し、検出した基材２の表面位置に適するように電子線のフォーカス位置を制御しながらレジスト膜７に対して電子線を照射して、所望のパターン潜像を形成する。
次に、レジスト膜７を現像してレジストパターン８を形成し（図１２（Ｃ））、このレジストパターン８をマスクとして基材２に凹凸パターン３を形成する。その後、不要となったレジストパターン８とクロム薄膜６を除去することにより、ナノインプリントモールド１が得られる（図１２（Ｄ））。レジストパターン８をマスクとした凹凸パターン３の形成は、例えば、化学エッチング、反応性イオンエッチング等を用いて行うことができる。凹凸パターンの寸法等は用途等に応じて適宜設定することができる。
尚、本発明のナノインプリントモールドは、凹凸パターン３の形成をエッチングではなく、基材２上に構造物を配設することによって行ってもよい。

上述のような本発明のナノインプリントモールドは、基材が反射防止部を備えているので、モールドの表面に照射された検出光が基材に入射し、裏面で反射されて表面に出射することを抑制することができる。例えば、モールド１が基材２に反射防止部４を備えていない場合、図１７（Ｂ）に示したのと同様に、モールド１に照射された検出光Ａは、基材２の表面２ａで反射された表面反射光Ｂ１と、基材２の裏面２ｂで反射された反射戻り光Ｂ２として検出される。すなわち、表面反射光Ｂ１と反射戻り光Ｂ２の合成光（見かけの反射光）Ｂ″によるピーク位置によってモールド１の位置が算出される。したがって、合成光Ｂ″と表面反射光Ｂ１とのズレ量ｄ′（図１７（Ｂ）参照）が小さいほど、モールド１の表面位置の検出精度が高くなる。そして、合成光Ｂ″は反射戻り光Ｂ２の強度が小さくなるにつれて表面反射光Ｂ１に接近し、ズレ量ｄ′が小さくなる。本発明では、基材に設けた反射防止部によって反射戻り光Ｂ２の強度を小さくすることができ、上記のズレ量ｄ′が極めて小さくなる。したがって、モールドの表面に照射された検出光のうち、基材表面で反射された反射光（表面反射光のピーク位置）のみによる表面位置の検出と同等の検出が可能となる。これにより、インプリント時において、モールドと被加工物との間の平行度を高い精度で確保することが可能となり、微細パターンを高い精度で形成することができる。

［パターン形成方法］
次に、本発明のパターン形成方法の一例を図１３〜図１５を参照して説明する。
図１３に示されるように、本発明のナノインプリントモールド１の裏面２ｂ側を真空チャック３１によって吸着保持してインプリント装置に装着する。図示例では、ナノインプリントモールド１は図１に例示されるものであり、基材２の裏面２ｂ側に反射防止部４を備えている。また、基板４２の表面に光硬化性の樹脂層４３を備えた被加工物４１を基板ステージ（図示せず）に載置する。図示例のインプリント装置では、照明光学系３６からの紫外線を適切な部位に照射するために、ブラインド３７が照明光学系３６とナノインプリントモールド１との間に介在している。このインプリント装置は、一対の光源３３と光束位置検出器３４からなるモールド位置検出手段を複数対備えている。そして、インプリント装置に装着したモールド１の複数のポイントに光源３３から検出光を照射し、モールド１の表面２ａで反射した反射光を光束位置検出器３４で検出して、モールド１の複数の測定ポイントでの表面位置情報（高さ、傾き）を得ることができる。このように検出光を照射して表面位置を測定する複数のポイントは、図３、図６に示されるように反射防止部が形成されており、モールドの基材に入射した光が裏面で反射されることを防止あるいは抑制することが可能な領域から任意に設定することができる。また、測定ポイントの数は２個以上、好ましくは４個以上であるが、特に制限はなく、表面位置の測定精度を高めるために、測定ポイントはモールドに均等に振り分けることが好ましい。

次いで、この表面位置情報に基づいて、制御手段（図示せず）により真空チャック３１を調整して、モールド１の傾きを補正する。その後、モールド１と樹脂層４３との間隔を狭めていき、図１４に示されるように、樹脂層４３にモールド１を接触させる。この状態で照明光学系３６からナノインプリントモールド１に紫外線を照射し、モールド１を透過した紫外線により樹脂層４３を硬化させる。
その後、図１５に示されるように、ナノインプリントモールド１を樹脂層４３から離型する。これにより、ナノインプリントモールド１が有する凹凸パターン３が反転した凹凸構造４４が樹脂層４３に転写形成される。
上述の実施形態は例示であり、本発明はこれに限定されるものではない。

次に、より具体的な実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
［実施例１］
厚み６７５μｍの石英ガラス（（株）アトック製 合成石英ウェーハ、屈折率１．４５）をナノインプリントモールド用基材として準備した。この基材の裏面に機械研磨により粗面化を施して粗面部（反射防止部）を形成した。ここでは、粗面化処理の程度を変化させ、下記の表１に示されるような種々の平均粗さＲａを有する粗面部を形成して、５種の基材を作製した。尚、平均粗さＲａの測定は、アルバック社製 段差計測装置ＤＥＫＴＡＫ８０００を用いて行った。
このような基材の表面には、例えば、図１２を参照しながら上述したようにして凹凸パターンを形成し、本発明のナノインプリントモールドを製造することができる。但し、本実施例では、モールドの表面位置の検出精度を評価することを目的とし、このため凹凸パターンを形成せずに、反射防止部を形成した上記基材をナノインプリントモールドとみなして、下記のように、モールドの表面位置の検出を行った。以下の実施例においても同様である。

すなわち、反射防止部である粗面部を有する基材を外形６５ｍｍ角の大きさに加工して、ナノインプリントモールド（試料１−１〜試料１−７）とした。尚、試料１−１は粗面部を形成していないモールドとした。このナノインプリントモールドの裏面（粗面部側）が照明光学系に向くようにして、モールドをインプリント装置に装着した。使用したインプリント装置は、６５ｍｍ角のモールドの四隅近傍を測定ポイントとするものであった。次いで、モールドの表面に対して入射角７０°で検出光（波長６８０ｎｍ）を照射し、反射光をフォトディテクターで検出した。そして、ビーム形状と基材の反射率、透過率をパラメータにして、ガウシアンビーム( Gaussian beam )の合成（ f = exp(-x²/a²) +αexp(-(x-ｄ)²/a²)、ビーム形状ａ＝０．５）により算出した合成光Ｂ″のピーク位置と表面反射光Ｂ１のピーク位置のズレ量ｄ′（図１７（Ｂ）参照）、および、モールドの表面位置のズレ量ΔＤを算出して、下記の表１に示した。尚、モールドの表面位置の検出を高精度で行うためには、ズレ量ΔＤが１０μｍ以下であることを要件とする。以下の実施例においても同様である。

また、比較試料として、６０２５基材（厚さ６．３５ｍｍ）を外形６５ｍｍ角の大きさに加工してナノインプリントモールド（凹凸パターンは形成せず）とみなし、上記と同様にしてモールドの表面位置の検出を行った。

表１に示されるように、平均粗さＲａが０．４〜１００μｍの範囲内にある粗面部を有する試料１−３〜試料１−７では、表面位置のズレ量ΔＤが１０μｍ以下であり、極めて高い精度でモールドの表面位置を検出できることが確認された。
これに対して、粗面化処理を施していない試料１−１、平均粗さＲａが０．４μｍ未満である試料１−２では、表面位置のズレ量ΔＤが１０μｍを超えるものであった。
尚、比較試料は４ｍｍを超える十分な厚みを有しているので、高い精度でモールドの表面位置検出が可能であった。

［実施例２］
実施例１と同様の石英ガラスをナノインプリントモールド用基材として準備した。この基材の裏面にスピンコート法によりポーラスシリカナノ粒子分散液を塗布し成膜して反射防止層（反射防止部）を形成した。この反射防止層の屈折率は１．２７であった。ここでは、反射防止層の厚みを変化させ、下記の表２に示される５種（試料２−２〜試料２−６）のナノインプリントモールド（凹凸パターンは形成せず）を作製した。すなわち、反射防止層の厚みＬは、ｎ＝１．２７で、検出光の波長をλ（６８０ｎｍ）としたときに、位相条件より、
ｎＬ＝（２ｍ−１）λ／４ （ｍは整数）
を満足するように設定することができるので、試料２−３〜試料２−５の反射防止層の厚みは、上記式を満足する反射防止層の厚みＬ（ｍ＝１のときＬ＝０．１３５μｍ）に対して、±０．００５μｍの範囲で設定した。また、試料２−２と試料２−６は、上記式を満足する反射防止層の厚みＬの±０．００５μｍの範囲から外れるように反射防止層の厚みを設定した。

また、反射防止層の形成に用いる材料を下記の表２に示すものとして、反射防止層の屈折率を変化させ、下記の表２に示される２種のモールド（試料２−７〜試料２−８）を作製した。尚、反射防止層の厚みは、ｎ＝１．３５、ｎ＝１．３８で、それぞれ検出光の波長をλ（６８０ｎｍ）としたときに、位相条件より、
ｎＬ＝（２ｍ−１）λ／４ （ｍは整数）
を満足する反射防止層の厚みＬを設定した。
次に、各ナノインプリントモールドについて、実施例１と同様にして、合成光Ｂ″のピーク位置と表面反射光Ｂ１のピーク位置のズレ量ｄ′、および、表面位置のズレ量ΔＤを算出して、下記の表２に示した。

表２に示されるように、反射防止層の厚みが上記式を満足する反射防止層の厚みＬの±０．００５μｍの範囲である試料２−３〜試料２−５は、表面位置のズレ量ΔＤが１０μｍ以下であり、極めて高い精度でモールドの表面位置を検出できることが確認された。
これに対して、反射防止層の厚みが上記式を満足する反射防止層の厚みＬの±０．００５μｍの範囲から外れる試料２−２および試料２−６は、反射防止層を形成していない試料２−１に比べて表面位置のズレ量ΔＤが小さいものの、その値は１０μｍを超えるものであった。
また、反射防止層の屈折率が１．３０を超える試料２−７、２−８は、表面位置のズレ量ΔＤが１０μｍを超えるものであった。

ここで、使用した基材の屈折率ｎｓ＝１．４５から、振幅条件よりｎｓ^1/2に相当する屈折率１．２の材料からなる反射防止層を想定すると、反射防止層の厚みＬは、ｎ＝１．２、検出光の波長λ＝６８０ｎｍ）としたときに、位相条件より、
ｎＬ＝（２ｍ−１）λ／４ （ｍは整数）
を満足するように設定することができ、ｍ＝１では、反射防止層の厚みＬは０．１４２μｍとなり、このとき表面位置のズレ量ΔＤは０μｍとなる。したがって、反射防止膜は、振幅条件を満たす屈折率により近い材料を選択することが重要であり、このことは、上記の試料２−３〜試料２〜５、試料２−７の表面位置のズレ量ΔＤに対する試料２−８の表面位置のズレ量ΔＤの対比から明らかである。

［実施例３］
実施例１と同様の石英ガラスをナノインプリントモールド用基材として準備した。この基材の裏面にスパッタリング法により、酸化マグネシウム（屈折率１．７０）、または、クロム（屈折率２．５１）を成膜して、１層目の反射防止層を形成した。次いで、この反射防止層上にスピンコート法によりテフロン（登録商標）ＡＦを塗布し成膜して２層目の反射防止層（屈折率１．３）を形成し、２層構造の反射防止部として、２種（試料３−１〜試料３−２）のナノインプリントモールド（凹凸パターンは形成せず）を作製した。
２層構造の反射防止部の形成では、２層構造における振幅条件、および、位相条件を満たすよう薄膜の光学定数で定義される特性行列を用いて反射率を求めることにより、厚みを下記表３に示すように設定した。
次に、各ナノインプリントモールドについて、実施例１と同様にして、合成光Ｂ″のピーク位置と表面反射光Ｂ１のピーク位置のズレ量ｄ′、および、表面位置のズレ量ΔＤを算出して、下記の表３に示した。

表３に示されるように、反射防止部を２層構造とすることにより、反射率をほぼ０にすることができ、表面位置のズレ量ΔＤが０μｍと、極めて高い精度でモールドの表面位置を検出できることが確認された。

［実施例４］
実施例１と同様の石英ガラスをナノインプリントモールド用基材として準備した。この基材の裏面にスピンコート法により赤色吸収有機顔料色素を含む顔料レジストを塗布し成膜して光吸収層（反射防止部）を形成し、下記の表４に示される６種（試料４−２〜試料４−７）のナノインプリントモールド（凹凸パターンは形成せず）を作製した。ここでは、顔料レジストとして、吸収係数の異なる３種の顔料レジストを使用し、各顔料レジストに対して、光吸収層の厚みを変化させた。光吸収層の屈折率は何れの顔料レジストを用いたものであっても１．４５であった。このように、光吸収層の屈折率を基材と同じ１．４５としたので、光吸収層と基材との界面での反射率をほぼ０にすることができた。尚、各光吸収層の吸光度を下記の表４に示した。
また、基材の屈折率（１．４５）と異なる屈折率を有する材料を用いて光吸収層を形成して２種（試料４−８、試料４−９）のナノインプリントモールド（凹凸パターンは形成せず）を作製した。尚、光吸収層の厚みは、試料４−８、試料４−９共に、光吸収能がほぼ飽和する５μｍとした。
次に、各ナノインプリントモールドについて、実施例１と同様にして、合成光Ｂ″のピーク位置と表面反射光Ｂ１のピーク位置のズレ量ｄ′、および、表面位置のズレ量ΔＤを算出して、下記の表４に示した。

表４に示されるように、光吸収層の吸光度が１．０４以上である試料４−３、試料４−５、試料４−７は、表面位置のズレ量ΔＤが１０μｍ以下であり、極めて高い精度でモールドの表面位置を検出できることが確認された。
これに対して、光吸収層の吸光度が１．０４未満である試料４−２、試料４−４、試料４−６は、光吸収層を形成していない試料４−１に比べて表面位置のズレ量ΔＤが小さいものの、その値が１０μｍを超えるものであった。
また、光吸収層の屈折率が１．２８〜１．６２の範囲内（基材の屈折率１．４５との差が±１２％以下）である試料４−８は、表面位置のズレ量ΔＤが１０μｍ以下であり、極めて高い精度でモールドの表面位置を検出できることが確認された。
これに対して、反射防止層の屈折率が上記の範囲（基材の屈折率との差が±１２％以下）から外れる試料４−９は、表面位置のズレ量ΔＤが１０μｍを超えるものであった。

［実施例５］
実施例１と同様の石英ガラスをナノインプリントモールド用基材として準備した。この基材の表面から、レーザー光を４００μＪのエネルギーで基材内部に収斂し絶縁破壊を発生させて低光透過率層（反射防止部）を深さ１００〜５００μｍの位置に形成した。ここでは、レーザー照射条件を変化させて低光透過率層の厚みを制御することにより、光透過率が異なる４種（試料５−２〜試料５−５）のナノインプリントモールド（凹凸パターンは形成せず）を作製した。尚、基材の光透過率は、光透過率測定装置（大塚電子（株）製 ＭＣＰＤ）を用いて測定した。
次に、各ナノインプリントモールドについて、実施例１と同様にして、合成光Ｂ″のピーク位置と表面反射光Ｂ１のピーク位置のズレ量ｄ′、および、表面位置のズレ量ΔＤを算出して、下記の表５に示した。

表５に示されるように、光透過率が５〜１８％の範囲内にある試料５−３〜試料５−５は、表面位置のズレ量ΔＤが１０μｍ以下であり、極めて高い精度でモールドの表面位置を検出できることが確認された。
これに対して、光透過率が上記の範囲から外れる試料５−２は、絶縁破壊層を形成していない試料５−１に比べて表面位置のズレ量ΔＤが小さいものの、その値が１０μｍを超えるものであった。尚、光透過率５％未満のモールドは、極めて高い精度での表面位置検出が可能であるが、インプリント工程での転写樹脂硬化の時間が長くなりスループットが低くなるため、インプリントモールドとして適さないものであった。

ナノインプリント技術を用いた微細加工に利用可能である。

１，１１…ナノインプリントモールド
２，１２…基材
３，１３…凹凸パターン
４，１４…反射防止部
１０Ａ…パターン領域
１０Ｂ…非パターン領域
２１…粗面部
２２…反射防止層
２３ａ，２３ｂ…反射防止層
２４…光吸収層
２５…低光透過率層

Claims (15)

1. 厚みが４ｍｍ以下である透明な基材と、該基材の表面側に形成された凹凸パターンと、反射防止部とを有し、該反射防止部は前記基材の裏面側の少なくとも一部の領域、あるいは前記基材の内部の少なくとも一部の領域に位置し、前記基材の表面は、前記凹凸パターンが形成されたパターン領域と、該パターン領域の周囲に位置する非パターン領域とに画定され、前記パターン領域は前記非パターン領域に対して凸状であり、前記反射防止部は前記パターン領域から前記基材に入射した検出光が反射して前記パターン領域から出射するのを防止することを特徴としたナノインプリントモールド。
2. 前記反射防止部は、検出光（ガウシアンビーム）の広がりをａ、基材の表面への入射角をθとする光学的な基材の表面位置検出機構にて、基材表面から反射防止部までの厚さがＤ、基材の屈折率がｎｓであり、基材表面からの反射光と反射防止部と基材との界面あるいは基材裏面からの反射戻り光との強度比がαであり、合成されるガウシアンビームの断面強度分布が
   ｆ＝exp(-x²/a²) +αexp(-(x-ｄ)²/a²)
   ここで、ｄは反射光と反射戻り光との位置ずれ量であり、
   ｄ＝２Ｄcosθtan（sin^-1(sinθ/ｎｓ)）である
   で表される系において、
   前記断面強度分布プロファイルの微分値が０となるＸの値に1/（2tanθcosθ）を乗じた値が１０μｍ以下となるような強度比αの範囲を求め、反射戻り光の強度が該強度比αの範囲を満たすような反射防止構造を備えることを特徴とした請求項１に記載のナノインプリントモールド。
3. 前記反射防止部は、前記基材の裏面に設けた粗面部であることを特徴とした請求項１または請求項２に記載のナノインプリントモールド。
4. 前記反射防止部は、前記基材の裏面に配設された反射防止層からなり、該反射防止層の屈折率ｎは１．３０以下であり、また、検出光の波長をλとしたときに、前記反射防止層の厚みＬは、位相条件より、
   ｎＬ＝（２ｍ−１）λ／４ （ｍは整数）
   を満足することを特徴とした請求項１または請求項２に記載のナノインプリントモールド。
5. 前記反射防止部は、前記基材の裏面に反射防止層が積層されてなる２層構造であり、前記基材の裏面側に位置する反射防止層の屈折率は、前記基材の屈折率よりも大きいことを特徴とした請求項４に記載のナノインプリントモールド。
6. 前記反射防止部は、前記基材の裏面に配設された光吸収層からなることを特徴とした請求項１または請求項２に記載のナノインプリントモールド。
7. 前記反射防止部は、前記基材の内部に位置する低光透過率層であることを特徴とした請求項１または請求項２に記載のナノインプリントモールド。
8. 厚みが４ｍｍ以下である透明な基材と、該基材の表面側に形成された凹凸パターンと、反射防止部とを有し、該反射防止部は前記基材の裏面側の少なくとも一部の領域、あるいは前記基材の内部の少なくとも一部の領域に位置し、
   前記反射防止部は、検出光（ガウシアンビーム）の広がりをａ、基材の表面への入射角をθとする光学的な基材の表面位置検出機構にて、基材表面から反射防止部までの厚さがＤ、基材の屈折率がｎｓであり、基材表面からの反射光と反射防止部と基材との界面あるいは基材裏面からの反射戻り光との強度比がαであり、合成されるガウシアンビームの断面強度分布が
   ｆ＝exp(-x ² /a ² ) +αexp(-(x-ｄ) ² /a ² )
   ここで、ｄは反射光と反射戻り光との位置ずれ量であり、
   ｄ＝２Ｄcosθtan（sin ^-1 (sinθ/ｎｓ)）である
   で表される系において、
   前記断面強度分布プロファイルの微分値が０となるＸの値に1/（2tanθcosθ）を乗じた値が１０μｍ以下となるような強度比αの範囲を求め、反射戻り光の強度が該強度比αの範囲を満たすような反射防止構造を備えることを特徴としたナノインプリントモールド。
9. 前記反射防止部は、前記基材の裏面に設けた粗面部であることを特徴とした請求項８に記載のナノインプリントモールド。
10. 前記反射防止部は、前記基材の裏面に配設された反射防止層からなり、該反射防止層の屈折率ｎは１．３０以下であり、また、検出光の波長をλとしたときに、前記反射防止層の厚みＬは、位相条件より、
    ｎＬ＝（２ｍ−１）λ／４ （ｍは整数）
    を満足することを特徴とした請求項８に記載のナノインプリントモールド。
11. 前記反射防止部は、前記基材の裏面に反射防止層が積層されてなる２層構造であり、前記基材の裏面側に位置する反射防止層の屈折率は、前記基材の屈折率よりも大きいことを特徴とした請求項１０に記載のナノインプリントモールド。
12. 前記反射防止部は、前記基材の裏面に配設された光吸収層からなることを特徴とした請求項８に記載のナノインプリントモールド。
13. 前記光吸収層は、前記基材の屈折率との差が±１２％以下である屈折率を有する材料からなり、かつ、検出光に対する吸光度が前記強度比αを満たすものであることを特徴とした請求項１２に記載のナノインプリントモールド。
14. 前記反射防止部は、前記基材の内部に位置する低光透過率層であることを特徴とした請求項８に記載のナノインプリントモールド。
15. 基材表面に光硬化性の樹脂層を備えた被加工物と、請求項１乃至請求項１４のいずれかに記載のナノインプリントモールドとの間の平行度を確保し、ナノインプリントモールドの凹凸パターン形成面を前記樹脂層に接触させ、この状態で前記ナノインプリントモールドを介して前記被加工物に紫外線を照射して前記樹脂層を硬化させ、その後、前記ナノインプリントモールドを前記樹脂層から離型することを特徴としたパターン形成方法。

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