JP2006123054A - Grooving tool, and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板上に設けられた加工対象層にパターニングを行う溝用加工具およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a groove processing tool for patterning a processing target layer provided on a substrate and a manufacturing method thereof.
従来、基板にパターニングを行う方法としてエッチング加工等があり、たとえば特許文献1にその方法が開示されている。
すなわち、シリコン基板上にゲート絶縁膜を熱酸化により形成し、次に前記ゲート絶縁膜上に不純物P(リン)を含む多結晶シリコン膜を減圧CVD法により形成する。続いて、多結晶シリコン膜に対してRIE方式のドライエッチングを行い、次にゲート絶縁膜に対してウェットエッチングを行い、そして再びシリコン基板に対してRIE方式のドライエッチングを行うことにより開口することができるためパターニングを行うことができる。
Conventionally, there is an etching process or the like as a method for patterning a substrate. For example, Patent Document 1 discloses the method.
That is, a gate insulating film is formed on a silicon substrate by thermal oxidation, and then a polycrystalline silicon film containing an impurity P (phosphorus) is formed on the gate insulating film by a low pressure CVD method. Subsequently, the polycrystalline silicon film is subjected to RIE dry etching, the gate insulating film is then wet etched, and the silicon substrate is again subjected to RIE dry etching to form an opening. Therefore, patterning can be performed.
また、基板にパターニングを行う他の方法として工具による加工もある。
たとえば、同一絶縁基板上で、非晶質半導体太陽電池を直列接続させるために、透明電極膜、非晶質半導体膜又は金属電極膜を形成した後に、それぞれの薄膜に要求されるパターンに応じて、工具により縁切りが必要な箇所を溝状にスクライブする、すなわち薄膜にパターン溝を形成する方法である。
Another method for patterning a substrate is machining with a tool.
For example, in order to connect amorphous semiconductor solar cells in series on the same insulating substrate, after forming a transparent electrode film, an amorphous semiconductor film or a metal electrode film, according to the pattern required for each thin film This is a method of scribing a portion that requires edge cutting with a tool into a groove shape, that is, forming a pattern groove in a thin film.
図8に示すように、この使用する工具、すなわちパターニング工具41は、先端に幅Wのダイヤモンド又は超硬合金製の刃が設けられており、表面にパターニング対象の薄膜が形成された基板と当接する当接面42と、工具を移動させる方向(以下、工具送り方向という)Xに対して後方に位置する逃げ面44と、この逃げ面44と所定角度θを挟んで形成され工具送り方向Xに対して前方に位置する無形状のすくい面43とを有している。
As shown in FIG. 8, the tool to be used, that is, the
そして、上記パターニング工具41を工具送り方向Xへ移動させることにより基板上の薄膜にパターン溝を形成するに際し、それぞれの薄膜に加える工具先端部の荷重を、ダイヤモンド製の刃を有する工具の場合は、透明導線膜について50〜300g、非晶質半導体膜について40〜500g、金属電極膜について40〜500gとし、超硬合金製の刃を有する工具の場合は、透明導線膜について40〜400g、非晶質半導体膜について20〜300g、金属電極膜について40〜200gに各々設定し、上記範囲の一定の荷重を加えながら薄膜にパターン溝を形成している。
しかし、上記従来の構成によると、パターニング工具41の無形状のすくい面43を工具送り方向Xに移動させてパターニングする際、図9に示すように、パターニング工具41の先端の両端部に応力が集中してパターニング工具41の両端部を起点に薄膜51の結晶粒界に沿って亀裂52が発生し、パターニング工具41の幅Wに匹敵する大きさの加工屑53を排出するため、幅W以上に剥離が生じ、パターン溝54の幅寸法が不揃いとなる問題が生じる。
However, according to the conventional configuration, when patterning is performed by moving the
そこで本発明は、基板上に形成された加工対象層に所定幅のパターン溝を形成するとき、前記パターン溝の幅寸法を均一にすることができる溝用加工具およびその製造方法を提供することを目的としたものである。 Accordingly, the present invention provides a groove processing tool capable of making the width of the pattern groove uniform when a pattern groove having a predetermined width is formed in a processing target layer formed on a substrate, and a method for manufacturing the same. It is aimed at.
前記した目的を達成するために、本発明の請求項1記載の発明は、基板上に設けられた加工対象層に先端を押し付けながら前記基板に対して相対移動させることにより、前記基板上に所定の幅寸法のパターン溝を形成する溝用加工具において、前記溝用加工具の先端部は、前記基板と当接する当接面と、前記溝用加工具を移動させる方向の後側に位置する逃げ面と、前記逃げ面と所定角度を挟んで形成されているすくい面とを備え、前記すくい面に、前記すくい面を前記加工対象層に押し付けた状態における前記溝用加工具の幅方向である前記当接面の長手方向と直交する方向に複数の溝が平行に形成されていることを特徴としたものである。 In order to achieve the above-mentioned object, according to the first aspect of the present invention, a predetermined movement is performed on the substrate by moving the substrate relative to the substrate while pressing the tip against the processing target layer provided on the substrate. In the groove processing tool for forming a pattern groove having a width dimension of, the tip of the groove processing tool is located on the abutting surface that contacts the substrate and on the rear side in the direction in which the groove processing tool is moved. A flank and a rake face formed with a predetermined angle between the flank and the rake face in the width direction of the groove working tool in a state where the rake face is pressed against the workpiece layer. A plurality of grooves are formed in parallel in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the contact surface.
また、請求項2記載の発明は、請求項1に記載の発明であって、前記当接面の長手方向の長さである前記溝用加工具の先端部の幅を10〜200μm、前記溝用加工具の前記逃げ面と前記すくい面とのなす角度である前記所定角度を45〜120°、前記すくい面の前記溝の幅を1〜20μm、前記溝の深さを1〜5μmとすることを特徴としたものである。
The invention according to
そして、請求項3記載の発明は、基板上に設けられた加工対象層に所定の幅寸法のパターン溝を形成する溝用加工具の製造方法において、前記パターン溝とは逆形状の複数の溝部を有し、前記溝部上に金属膜が形成された転写具に、ダイヤモンドにより形成された溝用加工具の無形状のすくい面を押し付けた状態で、前記転写具と前記溝用加工具とを相対移動させ、前記転写具に形成されている表面形状を前記すくい面に転写することを特徴としたものである。 According to a third aspect of the present invention, in the manufacturing method of a groove processing tool for forming a pattern groove having a predetermined width dimension in a processing target layer provided on a substrate, a plurality of groove portions having a shape opposite to the pattern groove. The transfer tool and the groove processing tool in a state where the non-shaped rake face of the groove processing tool formed of diamond is pressed against the transfer tool having a metal film formed on the groove portion. Relative movement is performed, and the surface shape formed on the transfer tool is transferred to the rake face.
本発明の溝用加工具は、すくい面に、すくい面を加工対象層に押し付けた状態における溝用加工具の幅方向である当接面の長手方向と直交する方向に複数の溝が平行に形成され、溝用加工具の先端部に複数の亀裂を成形することができるため、パターン溝の幅寸法が均一となり、加工対象層における剥離の発生を低減することができる。 In the groove processing tool of the present invention, the plurality of grooves are parallel to the rake face in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the contact surface, which is the width direction of the groove processing tool in a state where the rake face is pressed against the processing target layer. Since it is formed and a plurality of cracks can be formed at the tip of the groove working tool, the width dimension of the pattern groove becomes uniform, and the occurrence of peeling in the layer to be processed can be reduced.
以下に、本発明の実施の形態における溝用加工具およびその製造方法について、図面を参照しながら説明する。
図1において、1は、基板上に形成された半導体層(加工対象層の一例)13(後述する)に所定幅のパターン溝16(後述する)を形成するパターニング工具(溝用加工具の一例)であり、このパターニング工具1は、その先端部が、ガラス基板(基板の一例)11(後述する)と当接する当接面2と、パターニング工具1を移動させる方向(以下、工具送り方向という)Xの後側に位置する逃げ面4と、この逃げ面4と所定角度θを挟んで形成され、半導体層13と接触するすくい面3とを有し、このすくい面3には、すくい面3を半導体層13に押し付けた状態におけるパターニング工具1の幅方向である当接面2の長手方向と直交する方向(以下、工具送り方向という)Xに半円形状の4つの溝5がそれぞれ平行に形成されており、各半円形状の溝5の各端部には突起部6(図1では溝が4つであるため、5つの突起部6)が形成されて、それら突起部6により5つ(複数)の応力集中点7が形成されることとなる。
Hereinafter, a processing tool for a groove and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a patterning tool (an example of a groove processing tool) that forms a pattern groove 16 (described later) having a predetermined width in a semiconductor layer (an example of a processing target layer) 13 (described later) formed on a substrate. The patterning tool 1 has an
なお、パターニング工具1の先端部の幅をW、各突起部6間の間隔、すなわち溝5の幅を突起ピッチP、突起部6の高さ、すなわち溝の深さを突起深さDとすると、幅Wが10〜100μmのパターニング工具1においては、上記所定角度θは45〜150°、突起ピッチPは1〜20μm、突起深さDは1〜5μmとしている。
When the width of the tip of the patterning tool 1 is W, the interval between the
次に、上記パターニング工具1の製造方法を説明する。例えばダイヤモンドで形成されたパターニング工具1の製造方法としては、主に次に示す方法がある。
(第1の製造方法)
まず、図2に示す転写具25を形成する。すなわち、上記溝5と突起部6の逆パターンである突起深さDの溝部23および突起ピッチPの突部24が表面に形成されたマスター部(基板の一例)21を、単結晶ダイヤモンド工具により切削加工が可能な、例えばニッケルメッキ層のように高精度に加工を行うことができる材質で形成し、続いてこのマスター部21の上面に、モリブデンのようなダイヤモンドと反応性の高い金属膜22を製膜して転写具25を形成する。
Next, a method for manufacturing the patterning tool 1 will be described. For example, as a manufacturing method of the patterning tool 1 formed of diamond, there are mainly the following methods.
(First manufacturing method)
First, the
次に、図2および図4に示すように、まずマスター部21に製膜された金属膜22に、逃げ面4を鉛直方向から角度β傾斜させた状態でパターニング工具1の先端部に形成された無形状のすくい面3を押し付ける。なお、角度βは、90°から所望の角度θを除いた角度となる。
Next, as shown in FIGS. 2 and 4, first, the
そして、すくい面3を金属膜22に押し付けた状態で、工具送り方向Xにパターニング工具1を相対移動させ、摩擦によりパターニング工具1のすくい面3を磨耗させる。
これにより、転写具25に形成されている表面形状、すなわち上記溝5と突起部6の逆パターンである溝部23および突部24をパターニング工具1の先端部に形成されたすくい面3に転写することができるため、すくい面3に所望の溝5および突起部6を形成することができる。
(第2の製造方法)
次に、上述した第1の方法により形成されたパターニング工具1のすくい面3とは異なる形状で、応力集中点が複数存在するパターニング工具の製造方法について説明する。
Then, with the
As a result, the surface shape formed on the
(Second manufacturing method)
Next, a manufacturing method of a patterning tool having a shape different from the
まず、図3に示す転写具36を形成する。すなわち、基板31の上面に所定間隔P´おきに厚さD´、幅Mに形成された矩形板状のレジストにより複数のレジストパターン32を形成し、その上面にダイヤモンドが磨耗しやすくなるように炭化物を生成するモリブデンのようなダイヤモンドと反応性の高い金属膜33を半円形状に製膜することにより転写具36を形成する。上記レジストパターン32を形成するレジスト材料には、金属膜33と基板31の付着力よりレジストパターン32と基板31の付着力が弱い樹脂または硫酸バリウムなどの無機材料の粉体が選択される。
First, the
次に、図3および図4に示すように、まず基板31に製膜された金属膜33に、逃げ面4を鉛直方向から角度β傾斜させた状態でパターニング工具1の先端部に形成された無形状のすくい面3を押し付ける。なお、角度βは、90°から所望の角度θを除いた角度となる。
Next, as shown in FIGS. 3 and 4, first, the
続いて、すくい面3を金属膜33に押し付けた状態で、応力をかけて工具送り方向Xにパターニング工具1を相対移動させる。このとき、金属膜33と基板31との間にレジストパターン32が介在しない箇所では、金属膜33と基板31の界面の付着力が大きく、パターニング工具1への加工抵抗が大きくなるため、すなわち金属膜33の剥離抵抗が大きくなりパターニング工具1への加工抵抗が大きくなるため、パターニング工具1と金属膜33の接触部分に強い摩擦が生じることとなる。このとき、接触部分は微視的にみると高温となり、金属膜33とダイヤモンドの反応により炭化物の生成が促進されるため、ダイヤモンド、すなわちパターニング工具1の磨耗は大きくなる。また、金属膜33と基板31との間にレジストパターン32が介在する箇所では、レジストパターン32と基板31の界面の付着力が小さく、パターニング工具1への加工抵抗が小さくなる、すなわちレジストパターン32とともに金属膜33の剥離抵抗が小さくなりパターニング工具1への加工抵抗が小さくなる。このため、パターニング工具1と金属膜33は接触するが摩擦力が小さくなり、ダイヤモンド、すなわちパターニング工具1の磨耗は小さくなる。
Subsequently, in a state where the
これにより、金属膜33と基板31との間にレジストパターン32が介在しない箇所では、パターニング工具1のすくい面3の磨耗が促進されるため、突起深さD´の溝34が形成され、またレジストパターン32が介在する箇所では、パターニング工具1のすくい面3の磨耗が抑制されるため、突起ピッチP´の突起部35が形成される。このように、転写具36に形成されている表面形状、すなわちレジストパターン32の形状をパターニング工具1の先端部に形成されたすくい面3に転写することができ、図5に示すように、すくい面3に突起深さD´の凹形状の溝34および突起ピッチP´の凸形状の突起部35を形成することができるため、凸形状の突起部35により複数の応力集中点37が形成されることとなる。
As a result, wear of the
以下に、第1の製造方法により形成されたパターニング工具1によるパターン溝の形成加工方法を説明する。
図6および図7に示すように、半導体層13はガラス基板11上の金属膜(電極層の一例)12の上面に形成されており、金属膜12を破壊あるいは塑性変形させない応力で、且つガラス基板12における鉛直方向からすくい面3をすくい角α傾斜させて、上述した転写具25によりすくい面3に溝5および突起部6が形成されたパターニング工具1を上方から降下させる。そして、パターニング工具1の当接面2とガラス基板11上の金属膜12とを当接させた後、パターニング工具1にかかる垂直応力を一定に保った状態で、工具送り方向Xにパターニング工具1を移動させて半導体層13をパターニングし、パターン溝16を形成する。
Below, the formation processing method of the pattern groove | channel by the patterning tool 1 formed by the 1st manufacturing method is demonstrated.
As shown in FIGS. 6 and 7, the
上記すくい面3は、すくい角αの最適値は半導体層13の膜厚、半導体層13と金属膜12の付着強度等によって変化させており、通常はすくい角αは(−60)〜60°の間としている。なお、図6におけるすくい角αは負の角となっている。
In the
ここで、パターニング工具1は垂直応力一定で金属膜12を押し付けているため、たとえばガラス基板11に反りがあった場合でも、当接面2で金属膜12を摩擦しながら工具送り方向Xにパターニング工具1を移動させることができ、したがって金属膜12と半導体層13の界面で半導体層13を剥離除去することができる。
Here, since the patterning tool 1 presses the
そして、半導体層13をパターニングしていく際、パターニング工具1を工具送り方向Xに移動させていくと、すくい面3に設けられた5つの突起部6、すなわち各応力集中点7を起点として半導体層13に複数の亀裂14を生じさせることができる。
When patterning the
このように、これらの亀裂14は、それぞれ近接した位置で発生し、すくい面3近傍で繋がり、突起ピッチP以下の加工屑15として排出することができるため、幅寸法が均一なパターン溝16を形成することができる。
As described above, these
以上のように実施の形態によれば、パターン溝16を形成するとき、すくい面3に複数の応力集中点7が設けられていることにより、パターニング工具1の幅W内に複数の亀裂14を成形することができ、亀裂14の発生位置を制御して加工単位を小さくすることができるため、パターン溝16の幅寸法を均一とすることができ、したがって半導体層13における剥離の発生を低減することができる。
As described above, according to the embodiment, when the
また、実施の形態によれば、転写したい形状、すなわち溝5と突起部6の逆パターンである溝部23と突部24が表面に形成された転写具25に対して工具送り方向Xにパターニング工具1を相対移動させることにより、無形状のすくい面3に所望の溝5および突起部6を形成することができ、容易に所望の溝5および突起部6を有するパターニング工具1を製造することができる。
Further, according to the embodiment, the patterning tool in the tool feeding direction X with respect to the
なお、上記実施の形態では、すくい面3に4つの溝5を形成することにより応力集中点7として5つの突起部6が形成されていたが、これに限るものではなく、すくい面3に複数の突状部材等を設けて複数(5つに限ることはない)の応力集中点7を設けてもよい。
In the above embodiment, four
また、上記実施の形態では、パターニング工具1を形成する際、マスター部21の表面に溝部23と突部24が形成された転写具25、および基板31の表面にレジストパターン32が形成された転写具36にパターニング工具1の無形状のすくい面3を押し付けた状態で、工具送り方向Xに相対移動させていたが、工具送り方向Xと逆方向に移動させてもよい。
In the above embodiment, when the patterning tool 1 is formed, the
また、上記実施の形態のパターン溝の形成加工方法では、第1の製造方法により形成されたパターニング工具を用いてパターン溝の形成を行っていたが、第2の製造方法によって形成されたパターニング工具を用いても、パターニング工具1の幅W内に複数の亀裂を成形することができ、亀裂の発生位置を制御して加工単位を小さくすることができるため、パターン溝の幅寸法を均一とすることができ、したがって半導体層における剥離の発生を低減することができる。 In the pattern groove forming method of the above embodiment, the pattern groove is formed using the patterning tool formed by the first manufacturing method. However, the patterning tool formed by the second manufacturing method is used. Even if is used, a plurality of cracks can be formed within the width W of the patterning tool 1 and the processing unit can be reduced by controlling the position where the cracks are generated, so that the width dimension of the pattern groove is made uniform. Therefore, occurrence of peeling in the semiconductor layer can be reduced.
1 パターニング工具(溝用加工具)
2 当接面
3 すくい面
4 逃げ面
5 溝
6 突起部
7 応力集中点
11 ガラス基板(基板)
12 金属膜(電極層)
13 半導体膜(加工対象層)
16 パターン溝
21,31 基板
22,33 金属膜
23,24 溝部
25,36 転写具
32 レジストパターン
W 幅
D,D´ 突起深さ(突起部の高さ、または溝の深さ)
P,P´ 突起ピッチ(突起部間の間隔、または溝の幅)
α すくい角
1 Patterning tool (groove processing tool)
2
12 Metal film (electrode layer)
13 Semiconductor film (layer to be processed)
16
P, P 'Protrusion pitch (interval between protrusions or groove width)
α Rake angle
Claims (3)
前記溝用加工具の先端部は、
前記基板と当接する当接面と、
前記溝用加工具を移動させる方向の後側に位置する逃げ面と、
前記逃げ面と所定角度を挟んで形成されているすくい面と
を備え、
前記すくい面に、前記すくい面を前記加工対象層に押し付けた状態における前記溝用加工具の幅方向である前記当接面の長手方向と直交する方向に複数の溝が平行に形成されていること
を特徴とする溝用加工具。 In a groove processing tool for forming a pattern groove of a predetermined width dimension on the substrate by moving the tip relative to the substrate while pressing the tip against a processing target layer provided on the substrate,
The tip of the groove processing tool is
A contact surface that contacts the substrate;
A flank located on the rear side in the direction of moving the groove working tool;
The flank and a rake face formed across a predetermined angle,
In the rake face, a plurality of grooves are formed in parallel in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the contact surface, which is the width direction of the groove working tool in a state where the rake face is pressed against the processing target layer. A groove processing tool characterized by the above.
を特徴とする請求項1に記載の溝用加工具。 The width of the tip of the groove working tool, which is the length in the longitudinal direction of the contact surface, is 10 to 200 μm, and the predetermined angle is the angle formed by the flank and the rake face of the groove working tool. The groove working tool according to claim 1, wherein the groove has a groove width of 45 to 120 °, a width of the groove on the rake face of 1 to 20 μm, and a depth of the groove of 1 to 5 μm.
前記パターン溝とは逆形状の複数の溝部を有し、前記溝部上に金属膜が形成された転写具に、ダイヤモンドにより形成された溝用加工具の無形状のすくい面を押し付けた状態で、前記転写具と前記溝用加工具とを相対移動させ、前記転写具に形成されている表面形状を前記すくい面に転写すること
を特徴とする溝用加工具の製造方法。 In the manufacturing method of a groove processing tool for forming a pattern groove of a predetermined width dimension in a processing target layer provided on a substrate,
In a state where a plurality of groove portions having a shape opposite to that of the pattern groove are formed, and the non-shaped rake face of the groove processing tool formed of diamond is pressed against a transfer tool in which a metal film is formed on the groove portion, A method for manufacturing a groove processing tool, wherein the transfer tool and the groove processing tool are moved relative to each other, and a surface shape formed on the transfer tool is transferred to the rake face.
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