JP2008134383A - 微細金属パターンの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】微細金属パターンの製造方法において、微細金属パターンの生産性を向上することができるようにする。
【解決手段】基材部１ａ上にパターニングされた凸部１ｂを設け、凸部１ｂ上に金属を成膜することで、複数の金属薄膜層４を形成し、それぞれ隣接する他の金属薄膜層４の方向に成長させつつ膜厚を増し、隣接する金属薄膜層４同士が膜厚方向に略貫通する会合面４ａを介して会合する金属薄膜層群４０を形成する金属薄膜層形成工程と、この金属薄膜層形成工程で形成された金属薄膜層群４０にウェットエッチングを施すことにより、会合面４ａを腐食させ、金属薄膜層群４０の上面から凹部１ｃまでの間で貫通する隙間３を形成するエッチング工程とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、微細金属パターンの製造方法に関する。例えば、半導体、光学素子などの微細配線・パターンを必要とするデバイス製造に用いる微細金属パターンの製造方法に関する。

近年、例えば半導体を初めとして、ナノオーダーの加工精度を必要とするデバイスが増加している。これは、より小型かつ高容量の半導体チップが求められているからである。そのためには、集積度を高めるために配線・パターンサイズをより細くする必要があり、今や求められるサイズは数十ｎｍのレベルに達している。
従来、このような微細金属パターンの製造方法として代表的なのは、リソグラフィーとドライエッチングとを組み合わせた製造方法である。すなわち、基板上に金属薄膜・レジストを順次成膜後、電子線（ＥＢ）リソグラフィー、光リソグラフィー（例えば、ＡｒＦエキシマレーザリソグラフィー）などによってレジストをパターニングしてエッチングマスクとし、金属薄膜の露出部分をドライエッチングして最後にレジストを除去することにより、最終的に金属微細パターンを形成するというものである。
また関連する技術として、特許文献１には、ガラス基板上に成膜されたアルミナ上にレジストを塗布し、紫外線照射によりレジストをパターニングし、アルカリ溶液でウェットエッチングを行った後、残存したレジスト層を剥離する回折格子の製造方法が記載されている。
特開２０００−２４１６１５号公報（図１−６）

しかしながら、上記のような従来の微細金属パターンの製造方法には以下のような問題があった。
リソグラフィーとドライエッチングとを組み合わせた製造方法では、複雑な配線パターンなどを正確・精密に形成することができ、例えば、数十ｎｍなどのナノオーダーの微細金属パターンなどでも作製することができるものの、大がかりな製造装置と多くのプロセスとが必要となって製造に手間がかかり、高スループットが達成できないという問題がある。そのため、製造コストが増大するという問題がある。
特許文献１に記載の技術は、ウェットエッチングを用いるため、ドライエッチングに比べて安価かつ容易な製造方法となるものの、ウェットエッチングは、等方性エッチングのため、エッチングマスクが高精度に作成されたとしても、腐食領域を高精度に制御することができないので、ナノオーダーの微細なパターンを精密に製造することは困難であるという問題がある。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、微細金属パターンの生産性を向上することができる微細金属パターンの製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の微細金属パターンの製造方法は、基材上に、パターニングされた微細凹凸形状を設け、該微細凹凸形状の凸部上に金属を成膜することで、前記各凸部上に複数の金属薄膜層を形成し、該複数の金属薄膜層をそれぞれ隣接する他の金属薄膜層の方向に成長させつつ膜厚を増し、隣接する金属薄膜層同士が膜厚方向に略貫通する会合面を介して会合する金属薄膜層群を形成する金属薄膜層形成工程と、該金属薄膜層形成工程で形成された前記金属薄膜層群にウェットエッチングを施すことにより、前記会合面を腐食させ、前記金属薄膜層群の上面から前記微細凹凸形状の凹部までの間で貫通する隙間を形成するエッチング工程とを備える方法とする。
この発明によれば、金属薄膜層形成工程において、基板上にパターニングされた微細凹凸形状の凸部上に金属を成膜することにより、微細凹凸形状の凹部のパターンに略沿う膜厚方向の会合面を有する金属薄膜層群が形成される。次に、エッチング工程において、金属薄膜層群にウェットエッチングを施すことにより、金属薄膜層群の表面および会合面において等方的なエッチングが進行し、対向する各会合面が腐食される。そのため、金属薄膜層群の上面から微細凹凸形状の凹部までの間で貫通する隙間が形成される。これにより、微細凹凸形状の各凸部上に隣接方向に凹部まで貫通する隙間を有する金属薄膜層が形成され、微細凹凸形状のパターンに対応する微細金属パターンが形成される。

本発明の微細金属パターンの製造方法によれば、パターニングされた微細凹凸形状の上に金属を成膜することで、各凸部上から成長した金属薄膜層群を形成し、ウェットエッチングすることによって、各金属薄膜層から微細凹凸形状のパターンに対応する微細金属パターンを形成するので、微細金属パターンの生産性を向上することができるという効果を奏する。

以下では、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
本発明の実施形態に係る微細金属パターンの製造方法について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る微細金属パターンの製造方法で製造される微細金属パターンの一例の概略構成を示す模式的な斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の実施形態に係る微細金属パターンの製造方法の各製造工程を示す図１のＡ−Ａ断面における工程説明図である。図４（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施形態に係る微細金属パターンの製造方法の蒸着方法の作用について説明する模式説明図である。

本実施形態の微細金属パターンの製造方法は、適宜のパターンを数百ｎｍ以下の微細なパターンピッチで形成した微細金属パターンを製造するための方法であり、例えば、半導体の配線パターン、金属パターンや、光学素子の金属格子、金属パターンなどを形成するのに好適となるものである。
以下では、一例として、図１、２に示すような、微細金属格子１０を製造する場合の例で説明する。

微細金属格子１０は、板状またはフィルム状の基材部１ａの一方の面に、幅Ｗ、高さｔの略矩形断面を有する複数の凸部１ｂがピッチｐ（ただし、ｐ＞Ｗ）で平行に形成された基板１の各凸部１ｂ上に、略同幅で厚さｈの金属パターン部２がそれぞれ形成されてなる。このため、本実施形態の金属パターン部２は、凸部１ｂと同じピッチｐの平行ライン群から格子状パターンを構成している。すなわち、図２の上側から見ると、金属パターン部２によるラインと隙間３とが交代して現れるパターンを構成している。
金属の材質は、微細金属格子１０の必要に応じて適宜の金属を採用することができる。例えば、アルミニウム、銅、金、銀などを採用することができる。また金属として、複数種類を用い、金属パターン部２が合金や複数の金属層からなる構成としてもよい。

なお、金属パターン部２のパターンは一例であって、このような平行ライン群のみに限定されるものではない。複数のラインが微細な隙間をおいて配置されたパターンであれば、各ラインの配置位置、接続関係、ライン幅などを変化させたパターンは、凸部１ｂの２次元的なパターンを変更することによって適宜のパターンに形成することができる。
また、図１は、簡単のため模式図としており、各断面形状が矩形状で凸部１ｂと金属パターン部２とが同一の幅Ｗであるように描かれているが、加工誤差などに起因する許容範囲の微細な形状の変化を有していてもよい。
ただし、許容誤差範囲は、金属パターン部２の用途に応じて異なる。
例えば、回折格子などの光学素子として用いる場合、線幅Ｗは高さ方向および延在方向にできるだけ一定であることが好ましい。
一方、例えば、半導体の配線パターンの場合、隣接する配線同士がショートを起こさない程度に十分離れ、電流が安定して流れることができればよいので、回折格子などの用途に比べると、線幅が変化したり、線が蛇行したり、断面形状が変化したりする許容範囲を広くとることができる。

次に、このような微細金属格子１０を製造する本実施形態の微細金属パターンの製造方法について説明する。
本方法は、大きくは金属薄膜層形成工程とエッチング工程とからなり、これらを順次行うものである。

金属薄膜層形成工程では、まず図３（ａ）に示すように、基材部１ａの片面（図示上面）に、幅Ｗ、高さｔの断面形状を有するライン状の凸部１ｂを、ピッチｐで必要な本数だけ形成する。これにより、これらの凸部１ｂの間には、幅ｗ＝ｐ−Ｗの凹部１ｃが形成され、基材部１ａ上に微細凹凸形状が形成されることになる。
ここで、ピッチｐと幅Ｗは、形成すべき金属パターン部２のピッチ、幅に応じて設定する。また、幅ｗ、凸部１ｂの高さ（凹部１ｃの深さ）ｔは、凸部１ｂ上に金属を成膜する際に、凹部１ｃに金属が侵入しにくくなる寸法に設定する。すなわち、凸部１ｂ上に所望の厚さの金属を成膜する間に、凹部１ｃ内に金属が侵入したとしても、凹部１ｃが金属で埋め尽くされないような寸法に設定する。

この寸法は、金属の成膜方法や、必要な成膜厚さなどにもよるが、凹部１ｃの幅ｗは狭いほどよく、深さｔは深いほどよい。ただし、ｗ、ｔがナノオーダーになると、開口の大きさと金属粒子径の比だけでは決まらず、粒子経に対して十分大きい開口でも金属粒子が凹部１ｃの底部にほとんど侵入しないということが起こる。
例えば、金属を蒸着によって成膜する場合に、一つの好ましい条件として、ピッチｐが２００ｎｍ以下、ライン比率Ｗ／ｐが０．２から０．８（すなわち開口比率ｗ／ｐで０．８から０．２）、凹部１ｃのアスペクト比ｔ／ｗが１．５以上、の条件が挙げられる。この場合、凹部１ｃの幅ｗは、４０ｎｍから１６０ｎｍとなっている。
ここで、凹部１ｃの幅ｗは、小さいほど好ましく、例えば、１００ｎｍ以下であることがより好ましい。また、アスペクト比ｔ／ｗは、凸部１ｂが形成可能な範囲でより大きいことが好ましく、例えば３以上であることがより好ましい。
このようなより好ましい条件を満足すれば、ピッチｐは２００ｎｍより大きく、ライン比率Ｗ／ｐが０．２より小さい、あるいは０．８より大きい範囲となっても、金属の侵入を抑制することが可能となる。

このような凸部１ｂは、平板状の基材部１ａ上に形成してもよいし、例えば金型などによって、基板１の形状を一体成形してもよい。
また、凸部１ｂの材質は、上面側に金属を成膜でき、この成膜された金属薄膜をエッチングするエッチング液によって腐食されない材質または耐食処理が施されたものであれば、特に限定されず、用途に応じて金属、非金属の適宜の材質を選択できる。例えば、回折格子などの光学素子を形成する場合には、光透過性の合成樹脂材料などを採用することができる。
このような凸部１ｂは、例えばリソグラフィーや、ナノインプリントなどを採用することができる。より低コスト、高スループットを実現するためには、ナノインプリントを採用することが好ましい。ナノインプリント法は、例えば電子線描画とエッチングとの組み合わせにより、微細構造を有する金型を形成し、その金型形状をプラスチックフィルムなどの転写する工法である。

次に、凸部１ｂ上に、金属を成膜する。このとき、本実施形態では蒸着角度が一定の斜め蒸着を採用している。すなわち、蒸着源から金属の蒸着成分を放射し、図４（ａ）に示すように、基板１の凸部１ｂ側から、基板１の法線Ｎに対して角度θ（ただし、θ＞０°）となる斜め方向（矢印Ｍ参照）の蒸着成分のみを、基板１上に導いて蒸着を行う。
このとき、金属を凸部１ｂに良好に密着させ、かつ凸部１ｂ上に金属を柱状に安定して成長させるためには、基板１の温度を蒸着する金属の融点に対して低温の一定の温度範囲に設定して蒸着を行う必要がある。基板１の温度が低すぎると良好な密着強度が得られず、基板１の温度が高すぎると安定した柱状形状が得られない。
この温度範囲は、基板１の微細凹凸形状や凸部１ｂの材質などに応じて、適宜設定することができるが、例えば、絶対温度で測った金属の融点の３０％〜５０％とすることが好ましい。すなわち、金属がアルミニウムの場合、融点は９３３Ｋ（６６０℃）のため、好ましい温度範囲は、２８０Ｋ〜４６６Ｋ（７℃から１９３℃）となる。

金属は、凸部１ｂの上面に順次積層されるが、蒸着方向が斜め方向のため、図４（ｂ）に破線で示すように、図示上方向に成長するとともに、図示横方向にも徐々に積層範囲を増しつつ積層される。
一方、凹部１ｃでは、蒸着の初期には、隣接する凸部１ｂによって、進入経路が妨害されて凹部１ｃの底部には蒸着成分がほとんど侵入しない。また、凸部１ｂ上に金属薄膜層４が成長しはじめてからは、金属薄膜層４によって進入経路を塞がれるため、蒸着成分は主として金属薄膜層４上に積層されて、蒸着方向に対向する金属薄膜層４を成長させる。そのため、蒸着成分はさらに凹部１ｃに侵入しにくくなる。
このようにして、蒸着が進むにつれて、各凸部１ｂには上方に向かって幅が広がった金属薄膜層４が形成されていき、やがて隣接する金属薄膜層４同士が会合して、凹部１ｃを覆うようになる。このとき、会合面４ａの凹部１ｃ側の端部には、図４（ｂ）に示すように、下側に開いたＶ字状の裏面側溝部４ｃが形成される。
なお、図３、４では、会合面４ａが凹部１ｃの幅方向中央に形成されるように模式的に描いているが、会合面４ａの位置は、それぞれの金属薄膜層４の成長速度によって異なる。例えば、本実施形態の斜め蒸着の場合などでは、中央よりもややずれた位置に形成されやすい。

さらに蒸着を続けると、蒸着方向が傾いているため、各金属薄膜層４の上側の凹凸形状を残しつつ、各金属薄膜層４が上方に成長し、会合面４ａの範囲も上方に向けて成長する。このため、各会合面４ａの上端側には、隣接する金属薄膜層４の上面によって、上側に開いたＶ字状の上面側溝部４ｂが形成され、金属薄膜層４の膜厚が厚くなっても上面側溝部４ｂが完全には塞がらず、蒸着方向に略沿う傾斜面が残ることになる。
このとき、蒸着方向に対向する会合面４ａは、蒸着方向側の会合面４ａに近接するにつれ、隣接する蒸着方向側の金属薄膜層４によって蒸着成分の付着が妨げられる。また、基板１の温度が適切な温度範囲に設定されることで会合面４ａが常に安定した形状を保っているので、会合する会合面４ａ同士の間には、膜厚方向および凸部１ｂの延在方向に略連続する微小隙間が残されることになる。
また、偶発的に蒸着成分が会合面４ａ間に入り込む場合でも、蒸着成分の付着量は少量かつ不均一となるため、空隙を有する不均一な組織となり、隙間なく連続的に密着することはないものである。

このようにして、金属薄膜層４の高さＨが、Ｈ＝ｈ＋Δｈとなったら、蒸着を停止する（図３（ｂ）参照）。以上で、金属薄膜層形成工程を終了する。

次に、エッチング工程では、金属薄膜層群４０に対して上面側からウェットエッチングを行う。
エッチング液の種類、ウェットエッチングの条件は、金属薄膜層群４０の材質に応じて適宜設定すればよい。
エッチング後の微細形状の形状誤差を低減するためには、エッチング速度が速くなりすぎないようにする必要がある。一般には、酸性条件下のエッチングは、エッチング速度が速くなるため、アルカリ条件下で緩やかに行うことが望ましい。なお、ここでいう「緩やかに行うエッチング」は、長くても数分間のレベルの時間の意味であり、生産性に影響を及ぼすほどの長時間を要するという意味ではない。
また、凸部１ｂと金属薄膜層４との密着性が十分でない場合、この界面において剥離が起きるおそれがあるので、このような場合には、界面の剥離を起こさないように、低濃度のエッチング液を用い、時間をかけてエッチングを行うことが望ましい。

金属薄膜層群４０の上面がエッチング液に浸されると、各金属薄膜層４の上面および各上面側溝部４ｂが腐食される。ここで、上面側溝部４ｂ下の会合面４ａが隙間なく密着していると、腐食は上面の凹凸形状に沿って進むが、本実施形態では、会合する会合面４ａ間に膜厚方向および凸部１ｂの延在方向に略連続する微小隙間が残され、一部が当接しているとしても、空隙を有する不均一な組織となっている。その結果、エッチング液は上面側溝部４ｂの溝底の会合面４ａ間の隙間から浸入し、各会合面４ａからも金属薄膜層４が腐食され、各金属薄膜層４の隙間が増大する。こうして金属薄膜層４の上面から凹部１ｃまでの間で貫通する隙間が形成される。そして、各金属薄膜層４が隣接方向から腐食され幅が漸次低減されて、隙間３が形成される。
また、凹部１ｃ内に少量の金属が侵入している場合にも、エッチング液が凹部１ｃに到達することで、金属は腐食される。
このようにして、図３（ｃ）に示すように、幅Ｗ、高さｈの所望の断面が形成される時点で、エッチングを終了する。その後、例えば、エッチング液の除去などの後処理を行い、エッチング工程を終了する。

このエッチング工程は、金属表面に耐食性マスクをパターニングし、ウェットエッチングする従来の製造方法のように、２次元的な開口から腐食領域を等方的かつ３次元的に拡大する場合と異なり、あらかじめ３次元的に形成された金属薄膜層４を外周方向から腐食して、縮小された３次元形状を形成するため、３次元形状の表面を平面的に形成しやすく、３次元形状の断面の縦横比が大きい場合であっても、エッチング後に良好な形状精度を得ることができる。

このように、本実施形態では、微細凹凸形状が形成された基板１上に金属を成膜し、ウェットエッチングを行うことで、微細凹凸形状のパターンに対応する金属パターン部２を形成することができる。
したがって、従来、リソグラフィーとドライエッチングとを組み合わせることで、多数のプロセスを通して製造されていた微細金属パターンを、少プロセス、高スループットで製造することができ、微細金属パターンの生産性を向上し、低コスト化を図ることができる。また、従来、エッチング工程は、簡素な製造設備で行えるウェットエッチングを用いるため、製造コストを低減することができる。

次に、本実施形態の第１変形例について説明する。
図５は、本発明の実施形態の第１変形例に係る微細金属パターンの製造方法に用いる蒸着方法を説明する模式説明図である。

本変形例は、上記実施形態の金属薄膜層形成工程において、蒸着角度θを所定の角度範囲内で連続的に変化させて蒸着を行うようにしたものである。以下、上記実施形態と異なる点を中心に説明する。

一般に、蒸着角度θが一定の斜め蒸着を行う場合、結晶の成長方向が単一方向となるため、通常の蒸着と比較してポーラスで疎な膜質になることが多い。例えば、金属パターン部２を配線パターンとして用いる場合、電気伝導性の観点から、密な膜質が求められることが多い。また、疎な膜質だと金属パターン部２と凸部１ｂの界面の密着性が低下するため、ウェットエッチングを行う際、界面から剥離が起きてパターンが損なわれるおそれもある。
本変形例のように、蒸着角度θが所定の角度範囲内で連続的に変化していくタイプの斜め蒸着を行えば、蒸着角度θが変化することで、膜質がポーラスで疎なものとならず、しかも、斜め蒸着であるため、上記実施形態と同様な会合面４ａが形成され、上面側溝部４ｂが塞がれることもない状態で、金属薄膜層４を形成することができる。

このような斜め蒸着を行う角度範囲は、微細金属格子１０に必要とされる金属パターン部２の膜質や、凸部１ｂとの密着性と、エッチング工程を良好に行うために必要な上面側溝部４ｂの条件とを考慮して適宜設定すればよい。
例えば、上記膜質や上記密着性を向上するには、蒸着角度θは、０°に近い範囲であることが好ましく、上面側溝部４ｂを良好に形成するためには、蒸着角度θは大きい方がよい。
したがって、蒸着角度を浅い（θが小さい）角度から深い（θが大きい）角度、あるいは深い角度から浅い角度に向けて連続的に変化させることにより、膜質、密着性と、上側溝部４ｂの形状とを両立させやすい設定が可能となる。これらの変化範囲、変化方向は必要に応じて適宜設定すればよいが、例えば、好ましい設定の一例として、凸部１ｂとの密着性に影響しやすい蒸着初期には浅い角度とし、上面側溝部４ｂの形状形成に影響しやすい蒸着後期には深い角度とする設定が挙げられる。
また、一般には、図５に示すように基板１の法線Ｎの図示右側を＋、左側を−と規定した場合、０°より図示＋側、または図示−側の範囲で変化させることが好ましい。例えば、０°＜θ≦６０°の範囲が好ましく、その範囲でさらに狭い範囲であれば、より好ましい。
ただし、エッチング工程に支障がない程度に上面側溝部４ｂを形成できれば、角度範囲を、０°を含む図示＋側から図示−側の間に設定してもよい。この場合、蒸着角度が浅い蒸着成分が増えるので、金属薄膜層４の成長方向の傾斜を低減することができる。

次に、本実施形態の第２変形例について説明する。
図６は、本発明の実施形態の第２変形例に係る微細金属パターンの製造方法の金属薄膜層形成工程を説明する模式説明図である。

本変形例は、上記実施形態の金属薄膜層形成工程において、金属を種々の方向から付着させることで成膜するようにしたものである。
このため、上記実施形態の斜め蒸着に変えて、蒸着角度を規制しない蒸着、またはスパッタによって金属の成膜を行うようにする。以下、上記実施形態と異なる点を中心に説明する。なお、以下、蒸着の場合で説明するが、スパッタの場合でも同様であり、下記の蒸着は適宜スパッタに読み替えることができる。

蒸着角度を規制しない蒸着では、蒸着成分は、蒸着源から拡散する過程で、放射方向がランダムとなり、凸部１ｂ上に種々の方向から到達する（図６（ａ）の矢印Ｍ参照）。凸部１ｂでは、凸部１ｂの上面に蒸着成分が付着して膜厚が増大し、金属薄膜層４を形成していくが、金属薄膜層４に側面が形成されると、斜め方向から到達する蒸着成分により、図示横方向に金属薄膜層４が広がる。そのため、凹部１ｃの上方では、金属薄膜層４が斜め上方向に成長し、隣接する金属薄膜層４同士の間で、会合して、会合面４ａが形成される。そして、会合面４ａの凹部１ｃ側には、裏面側溝部４ｃが形成される。

一方、金属薄膜層４の上面は、凸部１ｂの上方では、すべての蒸着成分が積層するため上方への成長が速く、金属薄膜層４の隣接方向の側面は、斜め方向からの蒸着成分のみによって成長するため膜厚方向の成長は遅くなる。そのため、凸部１ｂ上が凸となって、隣接する金属薄膜層４の間で、会合面４ａの上側の端部に上面側溝部４ｂが形成される。
ただし、会合面４ａが形成され、凹部１ｃが覆われると、蒸着角度が浅い蒸着成分も上面側溝部４ｂ上での成長に寄与するため、膜厚が厚くなるにつれて、上面側溝部４ｂは塞がれていき、図６（ｂ）の二点鎖線で示すように、金属薄膜層４の上面が略平坦になってしまう。
そこで、本変形例では、金属薄膜層４の表面に上面側溝部４ｂが形成され、その溝底の会合面４ａ同士の隙間からエッチング液が浸入できるような膜厚の範囲で、蒸着を停止する。これにより、次のエッチング工程において、エッチング液が、確実に会合面４ａ間の隙間に浸入し、会合面４ａを腐食させることができるようになる。
本変形例に用いる蒸着の膜厚は、蒸着角度の分布や、基板１に微細凹凸形状の条件にもよるので、例えば実験等によって設定すればよいが、例えば、上記実施形態で説明した一つの好ましい条件の範囲では、凸部１ｂ上での膜厚を５０ｎｍ以下にすることが好ましい。

本変形例によれば、蒸着角度を規制する必要がないため、簡素な蒸着装置を用いて金属を成膜することができる。また、蒸着に限らずスパッタによる成膜装置を用いることも可能となる。
また、斜め蒸着でないため、凸部１ｂと金属薄膜層４との間の密着強度が良好となる。

次に、本実施形態の第３変形例について説明する。
本変形例では、上記実施形態の金属薄膜層形成工程が終了し、エッチング工程が終了するまでの間に、金属薄膜層群４０に外力をさせることにより、各金属薄膜層４の間の会合面４ａでの分断を促進する分断促進処理を行うようにしたものである。この分断促進処理は、エッチング工程を開始する前に行ってもよいし、エッチング工程中に行ってもよい。
ここで分断を促進するとは、会合面４ａ同士の部分的な接合部を切断して会合面４ａの面積を拡大すること、あるいは部分的な当接部を離間させて会合面４ａ間の隙間を増大させることを意味する。

上記実施形態に説明したように、金属薄膜層形成工程では、対向する会合面４ａ同士の間に微小隙間ができるが、会合面４ａ同士が近接してから、隙間に蒸着成分が侵入すると、空隙を有する不均一な組織が発生し、部分的な接合部が形成されることになる。また、第１、第２変形例のように、蒸着角度が浅い蒸着成分を有する場合には、会合面４ａの上端部が塞がれて部分的な接合部が形成されやすくなる。また、接合に至らない場合でも、部分的な当接部が形成される場合がある。
この部分的な接合部は、互いに会合する２つの会合面４ａを亀裂面とする亀裂先端を形成しており、会合する金属薄膜層４同士が相対移動するような外力を作用させる亀裂先端に応力集中が発生し容易に破断することができる。外力としては、特に、周期的または衝撃的な外力であることが好ましい。

本変形例における分断促進処理の例としては、以下のような処理を挙げることができる。
機械的な外力により分断促進を行う例として、基板１に外力を加えて、基板１を延伸したり、面外変形させたりする処理を採用できる。これらにより、隣接する凸部１ｂ間の相対位置が変化し、隣接する金属薄膜層４を隣接方向に離間させる力、金属薄膜層４の延在方向の剪断力、膜厚方向の剪断力などを作用させることができる。
また、熱応力に起因する外力により分断促進を行う例として、基板１を加熱または冷却して、基板１と金属薄膜層４との熱膨張率の差により、金属薄膜層４に対する凸部１ｂの相対位置を変化させ、隣接する金属薄膜層４を隣接方向に離間させる力を作用させることができる。
これらの外力は、衝撃的に作用させてもよいし、周期的な繰り返し力、振動力として作用させてもよい。

また周期的な繰り返し力を作用させる場合、基板１または金属薄膜層４を加振してもよい。加振方法としては、加振源を接触させて振動伝達を行ってもよいし、空気またはエッチング液を媒質として超音波を伝播させてもよい。
これらの場合、金属薄膜層４の配列ピッチなどに応じて、共振を起こしやすい周波数で加振すれば、効率的に分断を促進することができる。

本変形例では、分断促進処理を行うので、微細凹凸形状の寸法、蒸着角度、膜厚などの条件だけでは、会合面４ａの部分的な接合部が形成されやすい場合でも、そのような接合部を分断し、エッチング液が浸入しやすいようにすることができるので、金属パターン部２が形成できる微細凹凸形状の寸法、蒸着角度、膜厚などの条件範囲を広げることができる。

本発明の実施形態、および各変形例に対応する実施例について、比較例とともに説明する。下記表１に、実施例１〜４、比較例１〜４の製造条件と観察結果とをまとめた。
図７は、本発明の実施形態の第１変形例の金属薄膜層工程終了後の、基板および基板上に形成された金属薄膜層群を厚さ方向に切断し、切断面を含めて撮影した走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。図８は、本発明の実施形態の第１変形例のエッチング工程終了後の、基板および基板上に形成された微細金属パターンを厚さ方向に切断し、切断面を含めて撮影したＳＥＭ写真である。

実施例１〜４は、いずれも、図１、２に示すような微細金属格子１０を形成するために、基材部１ａとしてＰＥＴフィルム（フィルム厚：１００μｍ）を用い、ナノインプリントの手法を用いてＰＭＭＡ系の樹脂からなる複数の凸部１ｂを形成した。
これら凸部１ｂは、表１に示すように、ピッチｐ＝２００ｎｍ、高さｔ＝１５０ｎｍ、幅１００ｎｍで形成した。そのため、凹部１ｃの幅は、ｗ＝１００ｎｍとなり、アスペクト比は、ｔ／ｗ＝１．５となっている。

実施例１〜４では、いずれも金属として、アルミニウムを蒸着することにより、金属薄膜層群４０を形成した。
実施例１では、蒸着角度の規制を行わず、蒸着厚みを５０ｎｍとした。なお、蒸着厚みは、上記実施形態と同様に、凸部１ｂの上面上での厚さである。
実施例２では、蒸着角度が、θ＝６０°の斜め蒸着で、蒸着厚みを３００ｎｍとした。
実施例３では、蒸着角度を、蒸着開始時から終了時までの間に、θ＝６０°からθ＝２０°まで、連続的に変化させて厚み３００ｎｍとなるように蒸着した。
実施例４では、蒸着角度を、蒸着開始時から終了時までの間に、θ＝−２０°からθ＝−６０°まで、連続的に変化させて厚み３００ｎｍとなるように蒸着した。
ここで、蒸着角度の正負は、図５に図示される＋、−に合わせている。

エッチング工程は、いずれの実施例においても、アルミニウムを穏やかにエッチングするという観点からやや弱いアルカリ溶液を用いることとし、エッチング液として、０．０１ｍｏｌ／ｌのＫＯＨを採用している。
なお、これら実施例では、いずれも分断促進処理は施していない。

比較例１は、実施例３の条件において、凸部１ｂのピッチｐ、凹部１ｃの幅ｗをそれぞれ、４００ｎｍ、２００ｎｍに変更した例である。
比較例２は、実施例１の条件において、蒸着厚みを、１００ｎｍに変更した例である。
比較例３は、実施例３の条件において、蒸着角度の変化を、θ＝−１０°からθ＝１０°に変更した例である。
比較例４は、実施例３の条件において、蒸着厚みを、４５０ｎｍに変更した例である。

これら実施例と比較例との評価は、金属薄膜層形成工程後、エッチング工程終了後、製造サンプルを厚さ方向に切断し、切断面の様子を観察することにより行った。
表１において、「溝形状」は、金属薄膜層形成工程後に、金属薄膜層群４０の上面に、上側に開口するＶ字状の上面側溝部４ｂが形成されているかどうかを観察し、形成度合いを◎（非常によい）、○（よい）、×（悪い）の３段階で評価したものである。
また、「凹部への侵入」は、金属薄膜層形成工程後に、凹部１ｃの内面を、切断面を通して観察し判定を行った。表１で「なし」という判定は、「底部には侵入していない、または侵入していてもエッチングにより容易に除去可能な程度」を意味している。
また、「金属パターンの断面」は、エッチング工程終了後の微細金属格子１０の切断面を観察し、隣接する金属パターン部２の間に、上面から凹部１ｃまでの間に膜厚方向に貫通する隙間があるものを○（よい）、断面形状が、図３に示すような略矩形状断面に形成されているものを◎（非常によい）とし、凸部１ｂ状に金属パターン部２が形成できないもの、隣接する金属パターン部２同士が接触しているものを×（不可）として判定した。

表１に示すように、実施例１〜４はいずれも、「溝形状」○以上、かつ「凹部への侵入」も「なし」であった。その結果、エッチング工程が良好に行われ、「金属パターン断面」の評価がいずれも○以上の評価となった。
ここで、実施例２は、蒸着角度が大きな斜め蒸着のため、金属薄膜層４が、蒸着方向側に傾斜していた。また、蒸着方向を連続的に変化させた実施例３でも蒸着初期には蒸着角度が大きい蒸着が行われるため、金属薄膜層４が傾斜していた。
実施例３の金属薄膜層４の様子を、図７に示した。図示下側に規則正しく形成された凸部１ｂの上面に斜め右上方向に金属薄膜層４が成長し、隣接する金属薄膜層４同士が会合している様子が分かる。
この状態で、エッチング工程を行い、図８に示すような断面形状を得た。ここで、金属パターン部２の高さｈは約２５０ｎｍである。すなわちΔｈ＝５０ｎｍである。
図８の写真によれば、会合面がエッチングされて、凹部１ｃと同程度の隙間３が、金属パターン部２の上面から凹部１ｃまで貫通して形成されていることが分かる。

また、実施例４は、実施例３に比べて蒸着角度範囲は同じだが、実施例３が６０°から２０°に向けて変化されるのに対して、−２０°から−６０°に変化される結果、蒸着初期に浅い傾斜での蒸着が行われるため「溝形状」は、やや平坦化して実施例３より劣るが、金属薄膜層４と凸部１ｂとの密着性が向上されるものである。そして、浅い傾斜から深い傾斜に遷移しながら製膜が進むため、エッチング後の「金属パターン断面」は、金属パターン部２の傾斜が少なくなり、◎が得られた。

比較例１は、実施例３に比べて、幅ｗが２００ｎｍと大きくなることで、斜め方向から蒸着しても、凹部１ｃに金属が侵入し、凹部１ｃが埋没してしまう結果、３００ｎｍの厚さに成膜する間に、金属薄膜が微細凹凸形状上で連続し、会合面が形成されなかった。そのため、エッチング工程では、成膜された金属薄膜が、上面から下方に向けて略均等に腐食され、金属パターン部２が形成できなかった。
比較例２は、実施例１に比べて、蒸着厚みが１００ｎｍと厚くなることで、金属薄膜層４の上面に上面側溝部４ｂが形成されなかった。そのため、蒸着初期には会合面４ａが形成されても、蒸着後期には、会合面４ａ間の隙間が塞がれてしまった。そのため、エッチング工程では、成膜された金属薄膜が、上面から下方に向けて略均等に腐食され、金属パターン部２が形成できなかった。
比較例３では、蒸着角度が浅すぎるため、比較例２と同様に会合面４ａ間の隙間が塞がれ、エッチングしても金属パターン部２が形成できなかった。
比較例４では、実施例３に比べて、蒸着厚みが４５０ｎｍと厚いため、蒸着角度の浅いときの蒸着成分により上面側溝部４ｂが塞がれ、比較例２などと同様にエッチングしても金属パターン部２が形成できなかった。

このように、本実施形態の微細金属パターンの製造方法によれば、実施例１〜４に示すように、従来に比べて少ないプロセスによって、微細金属パターンを製造できるので、微細金属パターンの生産性を向上することができる。

以上、比較例１〜４は、実験例１〜４のパラメータの一つを変えたときに、金属パターン部２が形成できなくなる値を示した。ただし、パラメータの変化量を低減すれば、中間的な結果が得られるので、複数のパラメータを、適宜、上記の比較例の値に対して実施例側の数値に変更すれば、その組合せによっては、金属パターン部２を形成できる結果が得られるものである。

なお、上記の説明では、微細凹凸形状をナノインプリントなどの手法により形成する例で説明したが、微細凹凸形状の形成手段はこれらに限定されない。例えば、本方法で製造した微細金属パターンを新たに微細凹凸形状として用いて、別の微細金属パターンを形成してもよい。

また、上記の実施形態、各変形例に記載された構成要素は、技術的に可能であれば、本発明の技術的思想の範囲内で適宜組み合わせて実施することができる。

ここで、上記実施形態の用語と特許請求の範囲の用語との対応関係について名称が異なる場合について説明する。
基材部１ａは、基材の一実施形態であり、基板１の凸部１ｂと凹部１ｃとからなる形状は、微細凹凸形状の一実施形態である。上面側溝部４ｂは、Ｖ字状溝の一実施形態である。金属パターン部２は、微細金属パターンの一実施形態である。

本発明の実施形態に係る微細金属パターンの製造方法で製造される微細金属パターンの一例の概略構成を示す模式的な斜視図である。 図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施形態に係る微細金属パターンの製造方法の各製造工程を示す図１のＡ−Ａ断面における工程説明図である。 本発明の実施形態に係る微細金属パターンの製造方法の蒸着方法の作用について説明する模式説明図である。 本発明の実施形態の第１変形例に係る微細金属パターンの製造方法に用いる蒸着方法を説明する模式説明図である。 本発明の実施形態の第２変形例に係る微細金属パターンの製造方法の金属薄膜層形成工程を説明する模式説明図である。 本発明の実施形態の第１変形例の金属薄膜層工程終了後の、基板および基板上に形成された金属薄膜層群を厚さ方向に切断し、切断面を含めて撮影したＳＥＭ写真である。 本発明の実施形態の第１変形例のエッチング工程終了後の、基板および基板上に形成された微細金属パターンを厚さ方向に切断し、切断面を含めて撮影したＳＥＭ写真である。

符号の説明

１ 基板
１a 基材部（基材）
１ｂ 凸部
１ｃ 凹部
２ 金属パターン部（微細金属パターン）
３ 隙間
４ 金属薄膜層
４a 会合面
４ｂ 上面側溝部（Ｖ字状溝）
４ｃ 裏面側溝部
１０ 微細金属格子
４０ 金属薄膜層群

Claims (5)

1. 基材上に、パターニングされた微細凹凸形状を設け、該微細凹凸形状の凸部上に金属を成膜することで、前記各凸部上に複数の金属薄膜層を形成し、該複数の金属薄膜層をそれぞれ隣接する他の金属薄膜層の方向に成長させつつ膜厚を増し、隣接する金属薄膜層同士が膜厚方向に略貫通する会合面を介して会合する金属薄膜層群を形成する金属薄膜層形成工程と、
   該金属薄膜層形成工程で形成された前記金属薄膜層群にウェットエッチングを施すことにより、前記会合面を腐食させ、前記金属薄膜層群の上面から前記微細凹凸形状の凹部までの間で貫通する隙間を形成するエッチング工程とを備える微細金属パターンの製造方法。
2. 前記金属薄膜層形成工程での前記金属の成膜時に、前記金属薄膜層群の上面側の前記各会合面の端部にＶ字状溝が形成されるように成膜することを特徴とする請求項１に記載の微細金属パターンの製造方法。
3. 前記金属薄膜層形成工程での前記金属の成膜時に、前記金属を前記基材に対して斜め方向から蒸着することを特徴とする請求項１または２に記載の微細金属パターンの製造方法。
4. 前記金属薄膜層形成工程での前記金属の成膜時に、前記金属を、蒸着角度を連続的に変化させて蒸着することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の微細金属パターンの製造方法。
5. 前記金属薄膜層形成工程が終了し、前記エッチング工程が終了するまでの間に、前記金属薄膜層群に外力を作用させることにより前記複数の金属薄膜層の間の前記会合面での分断を促進する分断促進処理を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の微細金属パターンの製造方法。

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