JP2010059538A

JP2010059538A - 微細パターン形成材料、および積層構造体、ならびにスパッタリングターゲット

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Publication number: JP2010059538A
Application number: JP2009165716A
Authority: JP
Inventors: Hideo Fujii; 秀夫藤井; Masahito Amanaka; 将人甘中
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2008-07-18
Filing date: 2009-07-14
Publication date: 2010-03-18

Abstract

【課題】基板の表面側に微細パターンを形成するために設ける合金層を一層だけとすることができる上に、数百ｎｍ周期までの極めて狭い周期で微細パターン穴を確実に形成することができる微細パターン形成材料、および積層構造体、ならびにスパッタリングターゲットを提供する。
【解決手段】基板の表面側に設けられ、レーザー光の照射によって溶融することで穴が形成される微細パターン形成材料であって、Ｃｏを３０〜６０原子％含有するＩｎ合金からなる。
【選択図】なし

Description

本発明は、レーザー光の照射によって溶融することで微細な穴が形成される微細パターン形成材料と、前記微細パターン形成材料を表面側の合金層とした積層構造体と、微細パターン形成材料でなる合金層を形成するためのスパッタリングターゲットに関するものである。

現在、光ディスク装置やデジタルカメラ、プロジェクターといった民生機器の光学素子の殆どは樹脂製である。その理由は、射出成形で作製することができ、安価であるためである。しかしながら、樹脂製光学素子は、耐熱性、耐光性、耐候性に劣り、十分な屈折率を得ることができないため、それらに優れるガラス製光学素子に対する期待が最近特に高まっている。

光ディスク装置やデジタルカメラ、プロジェクターといった民生機器の製造コストを下げるために、ガラスを含めた材料に型の微細パターンを転写して成形するインプリントと呼ばれる加工法が、近年開発されている。この微細パターンを、光学素子に設けることにより、様々な光学的な特性を上記民生機器に付与することができる。既に、ガラスの表面に数μｍ周期程度の微細パターンを設けるインプリント技術の事業化も始まっている。

また、ガラス等の基板の表面に微細パターンを形成する方法の一例として、熱リソグラフィーと呼ばれる加工法も開発されている。熱リソグラフィーによると数百ｎｍ周期までの極めて狭い周期で微細パターンを付与することが可能である。この熱リソグラフィーで、基板の表面に微細パターンを形成する方法は、例えば、特許文献１に記載されているが、基板の表面に少なくとも３層の反応層と熱緩衝層を形成する必要があり、基板の表面に微細パターンを形成するために、それら各層を形成するために様々な工程を経ることとなり、微細パターン形成のための製造工程が非常に手間なものとなっており、製造コストも嵩んでおり、また、構造も複雑なものとなり、実用に向かないものであった。

特開２００６−６２１０１号公報

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたもので、基板の表面側に微細パターンを形成するために設ける合金層を一層だけとすることができる上に、数百ｎｍ周期までの極めて狭い周期で微細パターン穴を確実に形成することができる微細パターン形成材料、および積層構造体、ならびにスパッタリングターゲットを提供することを課題とするものである。

請求項１記載の発明は、基板の表面側に設けられ、レーザー光の照射によって熱分解を生じることで穴が形成される微細パターン形成材料であって、Ｃｏを３０〜６０原子％含有するＩｎ合金からなることを特徴とする微細パターン形成材料である。

請求項２記載の発明は、基板と、前記基板の表面側に形成された合金層を含む積層構造体であって、前記合金層は、レーザー光の照射によって熱分解を生じることで穴が形成される微細パターン形成材料で構成され、前記微細パターン形成材料は、Ｃｏを３０〜６０原子％含有するＩｎ合金からなることを特徴とする積層構造体である。

請求項３記載の発明は、前記基板と合金層の間には、中間層が形成されていることを特徴とする請求項２記載の積層構造体である。

請求項４記載の発明は、前記中間層は、レジスト層であることを特徴とする請求項３記載の積層構造体である。

請求項５記載の発明は、請求項１に記載の微細パターン形成材料でなる合金層を形成するためのスパッタリングターゲットであって、Ｃｏを３０〜６０原子％含有するＩｎ合金からなることを特徴とするスパッタリングターゲットである。

本発明の微細パターン形成材料によれば、その微細パターン形成材料を用いて合金層を形成することで、基板の表面側に微細パターンを形成するために設ける合金層を一層だけとすることができ、また、レーザー光を照射することにより数百ｎｍ周期までの極めて狭い周期で微細パターン穴を確実に形成することができる。

また、本発明の積層構造体によれば、基板の表面側に微細パターンを形成するために設ける合金層を一層だけとすることができる上に、レーザー光を照射することにより数百ｎｍ周期までの極めて狭い周期で微細パターン穴を確実に形成することができ、続く工程で、基板の表面側に数百ｎｍ周期の凹凸状の微細パターンを確実に付与することができる。

更には、本発明のスパッタリングターゲットによれば、上記微細パターン形成材料の作製および積層構造体の形成を行うことができる。

本発明を用いてガラス基板の表面側に微細パターンを形成する方法を工程順に示す縦断面図であって、（ａ）はガラス基板の表面にレジスト層を形成した状態を、（ｂ）レジスト層の表面に合金層を形成した状態を、（ｃ）は合金層にレーザー光を照射して微細パターン穴を形成した状態を、（ｄ）はＲＩＥ処理でレジスト層に合金層から続く微細パターン穴を形成した状態を、（ｅ）はガラス基板のエッチング処理を行った状態を、（ｆ）はガラス基板からレジスト層並びに合金層を剥離除去した状態を夫々示す。微細パターン穴の周期を説明するための縦断面図である。ＲＩＥ処理に用いるエッチングガスを選択調整することで合金層とレジスト層のエッチングレート比を調整できることを説明するための縦断面図である。本発明を用いてサファイヤ基板の表面側に微細パターンを形成する方法の工程を示す縦断面写真であって、（ｄ）はＲＩＥ処理でレジスト層に合金層から続く微細パターン穴を形成した状態を、（ｅ）はサファイヤ基板のエッチング処理を行った状態を、（ｆ）はサファイヤ基板の表面に残るレジスト層等を剥離除去した状態を夫々示す。

本発明者は、熱リソグラフィーで、ガラス、サファイヤ等の基板の表面に微細パターンを形成した際に、数百ｎｍ周期までの極めて狭い周期で微細パターン穴を確実に形成することができる微細パターン形成材料でなる合金層の開発を目指し、鋭意、実験、検討を重ねた結果、基金属元素として低融点且つ環境負荷の小さいＩｎに着目し、これにＣｏを適量含有させることにより、前記の課題を有利に解決することができることを知見し、ここに発明を完成させるに至った。

まず、本発明の微細パターン形成材料において、主成分である基金属元素としてＩｎを選定した理由、また、このＩｎにＣｏを含有させたＩｎ合金を採用した理由について、その成分範囲の規定を含めて詳細に説明する。

まず、Ｉｎを主成分の基金属元素として採用したのは、レーザー光の照射によって微細パターン穴を形成するにあたり、現在入手できる半導体レーザーの出力範囲で形成が可能であり、また、他の低融点金属であるＳｂ、Ｔｅ、Ｐｂ等に比べて環境負荷が小さいためである。

次に、Ｉｎに３０〜６０原子％のＣｏを含有させる。Ｃｏを含有させるのは、Ｉｎのみで薄膜（本発明の合金層に該当する。）を形成するとスパッタリングにより形成したその薄膜の吸収率が小さくなり、微細パターン穴を形成するために大きなレーザーパワーが必要となるため、吸収率を大きくするためである。また、Ｃｏを含有させることで薄膜の平滑性が大きく向上し、これにより均一な微細パターン穴を形成できるためでもある。更には、熱伝導率の低いＣｏを添加することで、薄膜の熱伝導率を低下させることができ、レーザー光の照射により発生した熱を効率的に微細パターン穴の形成に利用できるためでもある。

Ｃｏの含有量が３０原子％未満では、レーザー光の照射によって微細パターン形成材料でなる合金層に微細パターン穴を形成すること自体ができない。一方、Ｃｏの含有量が６０原子％を超えれば、レーザー光の照射によって合金層に微細パターン穴を形成する際に、溶融したＩｎがマーク内に残さとして残るため、好ましくない。よって、本発明の微細パターン形成材料中のＣｏの含有量は、３０〜６０原子％とする。

尚、この微細パターン形成材料を用いて形成した合金層の膜厚は、５〜５０ｎｍとすることが好ましく、更にその下限は７ｎｍ、上限は３０ｎｍとすることがより好ましい。

この合金層は、膜厚分布を均一に制御しやすい点からスパッタリング法によって形成するのが良い。合金層は微細パターン形成材料で形成されているが、この合金層を形成するために用いるスパッタリングターゲットの成分組成は、微細パターン形成材料の合金組成と基本的に同一であり、先にＩｎ合金として記載した合金組成に調整することで、所望の成分組成を容易に実現することができる。

尚、このスパッタリングターゲットは、真空溶解法などによって製造されるが、その製造に当たっては、雰囲気中の酸素、窒素などのガス成分や溶解炉成分が微量ながら不純物としてスパッタリングターゲット中に混入することがある。しかし、本発明の微細パターン形成材料やスパッタリングターゲットの成分組成は、それら不可避的に混入してくる微量成分まで規定するものではなく、本発明の特性が阻害されない限り、それら不可避的不純物の微量混入は許容することができる。

次に、本発明の微細パターン形成材料、および積層構造体、ならびにスパッタリングターゲットを用いて、ガラスでなる基板の表面側に微細パターンを形成する方法を、図１に基づいて詳細に説明する。尚、以下の説明は、ガラスでなる基板１と合金層２の間に、中間層３として有機材料でなるレジスト層３ａを形成した事例に基づいて説明するが、必ずしも、基板１と合金層２の間に中間層３を設ける必要はなく、また、中間層３はレジスト層３ａではなく、熱緩衝層のような層であっても良い。

まず、図１（ａ）に示すように、ガラスでなる基板１の表面に、中間層３として有機材料でなるレジスト層３ａを形成する。次に、図１（ｂ）に示すように、そのレジスト層３ａの表面に、所望の成分組成（Ｃｏを３０〜６０原子％含有するＩｎ合金）の微細パターン形成材料でなる合金層２を形成する。この合金層２は、例えば、所望の成分組成（Ｃｏを３０〜６０原子％含有するＩｎ合金）のスパッタリングターゲットを用いてＤＣスパッタリング法によって形成する。

次に、図１（ｃ）に示すように、合金層２の表面側からレーザー光を照射することにより数百ｎｍ周期で微細パターン穴４を形成する。合金層２にレーザー光を照射すると、レーザー光の照射を受けた部位のみが温度上昇して溶融し、膨張することにより、結果として微細パターン穴４が形成される。この方法を熱リソグラフィー法と呼び、従来の光リソグラフィー法と比べてより狭い領域に、１５０ｎｍ程度の極めて微細な直径の微細パターン穴４を、数百ｎｍ周期（ピッチ）で形成することができる。尚、ここで述べる周期とは、図２にａで示すような、隣り合う微細パターン穴４の中心部間の寸法のことをいう。

次に、図１（ｄ）に示すように、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）処理を行い、レジスト層３ａに、合金層２から続く微細パターン穴４を形成する。更に、ＲＩＥ処理を進めることで、図１（ｅ）に示すように、微細パターン穴４は更に深くなり、基板１にまで到達することとなり、基板１のエッチング処理が行われる。尚、図３に示すように、ＲＩＥ処理に用いるＯ_２、ＢＣｌ_３、ＳＦ_６等のエッチングガス（下向き矢印で示す）を適宜選択調整することにより、合金層２とレジスト層３ａのエッチングレート比を調整することができる。

最後に、図１（ｆ）に示すように、基板１からレジスト層３ａ並びに合金層２を剥離除去することで、基板１の表面側に、凹凸状の微細パターンを形成することができる。この微細パターンの周期および深さを制御することにより、光学素子に様々な光学的な特性を付与することができるが、本発明によると、基板１の表面側に、数百ｎｍ周期までの極めて狭い周期で微細パターンを確実に形成することができる。

また、図４に示すように、基板１をサファイヤ基板とし、その表面に凹凸状の微細パターンを形成する場合は、基板１をガラス基板とした図１に示す工程とは異なり、基板１のエッチング処理を行った図４（ｅ）の時点で、合金層２とレジスト層３ａは略消滅する。

尚、サファイヤ基板に微細パターンを形成する図４の（ｄ）（ｅ）及び（ｆ）に示す工程は、ガラス基板に微細パターンを形成する図１の（ｄ）（ｅ）及び（ｆ）に示す工程に夫々相当し、また、（ａ）（ｂ）及び（ｃ）の工程は図１の（ａ）（ｂ）及び（ｃ）に示す工程と同等であるので図示を省略する。また、図４のうち、（ｄ）（ｅ）及び（ｆ）の左側の写真は、斜め４°の角度から縦断面を撮影した写真で、（ｆ）の右側の写真は、斜め３０°の角度から縦断面を撮影した写真である。

以下、本発明の実施例について説明する。尚、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらは何れも本発明の技術範囲に含まれる。

＜実施例１＞
基板として２インチガラス基板（コーニング１７３７）を用い、その表面に、ＤＣマグネトロンスパッタリング法によって、Ｉｎ−４５原子％Ｃｏ合金の微細パターン形成材料でなる合金層を形成した。形成した合金層の膜厚は、１５ｎｍと３０ｎｍの２種類とした。尚、この合金層の成分組成は、ＩＣＰ発光分析法またはＩＣＰ質量分析法で測定した。

スパッタリングターゲットとしては、直径４インチの純Ｉｎターゲット上にＣｏのチップを置いた複合ターゲットを用い、スパッタ条件は、到達真空度：４×１０^−４Ｐａ以下、スパッタガス圧：０．４Ｐａ、ＤＣスパッタパワー：１００Ｗとした。

次に、レーザー光を照射する熱リソグラフィー法によって、合金層に微細パターン穴を形成した。熱リソグラフィーは、パルステック工業株式会社製のナノ加工装置ＮＥＯ−５００を用いて、ステージ回転速度：４．９２ｍ／ｓ、ピッチ：３２０ｎｍ、パルス幅：２０ｎｓｅｃ固定で、記録レーザーパワー（Ｐｗ）を変化させることにより実施した。

熱リソグラフィーによって、合金層に形成された微細パターン穴の周期を、ＡＦＭ（原子間顕微鏡）で測定して定量化した。測定面積は２×２μｍであり、無作為に微細パターン穴の周期を１０点測定して平均値を得た。

膜厚：１５ｎｍのサンプルでは、記録レーザーパワー（Ｐｗ）：９．５ｍＷで微細パターン穴の周期が１０９ｎｍ、Ｐｗ：１０ｍＷで微細パターン穴の周期は１２８ｎｍであった。また、膜厚：３０ｎｍのサンプルでは、Ｐｗ：１７ｍＷで微細パターン穴の周期は１８９ｎｍ、Ｐｗ：１８．５ｍＷで微細パターン穴の周期は２２４ｎｍ、Ｐｗ：２０ｍＷで微細パターン穴の周期は２４２ｎｍであった。

以上の結果から、Ｉｎ−４５原子％Ｃｏ合金の微細パターン形成材料でなる合金層は、レーザー光を照射することにより数百ｎｍ周期までの極めて狭い周期で微細パターン穴を確実に形成でき、ドライエッチングのマスクとしての用途が期待できることが確認できた。

＜実施例２＞
この実施例では、ガラス等の基板に凹凸状の微細パターンを付与することを想定し、中間層として有機材料でなるレジスト層を形成した膜構成のサンプルを作製して試験を行った。

基板として２インチガラス基板（コーニング１７３７）を用い、その表面に、東京応化工業株式会社製の有機レジストＴＳＭＲ−８９００を塗布後、クリーンオーブンで８０℃、３０分間の処理を行い、１μｍの膜厚のレジスト層を形成した。

そのレジスト層の表面に、ＤＣマグネトロンスパッタリング法によって、Ｉｎ−５０原子％Ｃｏ合金の微細パターン形成材料でなる１５ｎｍの膜厚の合金層を形成した。尚、この反応層の成分組成は、ＩＣＰ発光分析法またはＩＣＰ質量分析法で測定した。

次に、レーザー光を照射する熱リソグラフィー法によって、合金層に微細パターン穴を形成した。熱リソグラフィーは、パルステック工業株式会社製のナノ加工装置ＮＥＯ−５００を用いて、ステージ回転速度：４．９２ｍ／ｓ、ピッチ：３２０ｎｍ、パルス幅：２０ｎｓｅｃ、記録レーザーパワー（Ｐｗ）：６．０ｍＷで実施した。

この熱リソグラフィーによって、合金層に形成された微細パターン穴を無作為に１０個抽出し、それら微細パターン穴の直径を、ＳＥＭ（走査電子顕微鏡）で測定して平均値を得ることにより定量化した結果、微細パターン穴の直径の平均値は２００ｎｍであった。

更に、サムコ社製ＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）ＭｏｄｅｌＲＩＥ−２００Ｌを用い、Ｏ_２：３０ｓｃｃｍ、３．３Ｐａ、１００Ｗの条件で２分間のドライエッチング処理（ＲＩＥ処理）を行ったところ、合金層はマスクとして残存した状態で、レジスト層を介して基板の表面に達する微細パターン穴が形成された。微細パターン穴を無作為に１０個抽出し、ＳＥＭ（走査電子顕微鏡）で測定して平均値を求めたところ、微細パターン穴の直径の平均値は２３０ｎｍ、深さの平均値は３３５ｎｍであった。

Ｉｎ−５０原子％Ｃｏ合金の微細パターン形成材料でなる合金層と、有機材料でなるレジスト層をマスクとすれば、基板がガラスであれば、ＣＦ系エッチングガスを用いて、基板の表面側に凹凸状の微細パターンを確実に付与することができる。

＜実施例３＞
以下の実施例では、合金層の形成に用いるＩｎ合金に添加するＣｏの含有量の上下限、Ｃｏ以外の添加金属元素としてＣｏと同様に熱伝導率が低いＮｉを添加して合金層を形成することは可能か、合金層に代えて純Ｉｎ層とすることが可能かの検討を行った。

これらの実施例のサンプルの作製方法および試験方法は以下に示すように略共通である。基板として２インチガラス基板（コーニング１７３７）を用い、その表面に、ＤＣマグネトロンスパッタリング法によって、膜厚が１０ｎｍの合金層を形成した。この合金層の成分組成は、ＩＣＰ発光分析法で測定した。

スパッタリングターゲットとしては、直径４インチの純Ｉｎターゲットを用い、合金層をＩｎ合金で形成する場合は、ＣｏやＮｉのチップをチップオンすることで添加した。スパッタ条件は、到達真空度：４×１０^−４Ｐａ以下、スパッタガス圧：０．４Ｐａ、ＤＣスパッタパワー：１００Ｗとした。

次に、レーザー光を照射する熱リソグラフィー法によって、合金層に微細パターン穴を形成した。熱リソグラフィーは、パルステック工業株式会社製のナノ加工装置ＮＥＯ−５００を用いて、ステージ回転速度：４．９２ｍ／ｓ、ピッチ：５００ｎｍ、パルス幅：１０ｎｓｅｃ固定で、記録レーザーパワー（Ｐｗ）を変化させることにより実施した。

熱リソグラフィーによって合金層に形成された微細パターン穴を、ＳＥＭ（走査電子顕微鏡）で観察することにより、確実に微細パターン穴を形成することができるかという観点から評価を行った。評価のポイントは、微細パターン穴を形成するための記録レーザーパワー（Ｐｗ）が低いこと、溶融したＩｎが残さとして残らないことの２点である。

（１）Ｉｎ合金に添加するＣｏの含有量の上下限
まず、合金層の形成に用いるＩｎ合金に添加するＣｏの含有量の上限を確認した。試験ではＩｎ合金に添加するＣｏの含有量を徐々に上げた。Ｃｏの含有量が上がれば、合金層の熱伝導率が高くなる。Ｃｏの含有量が６０原子％を超えたところで、熱伝導率は３Ｗ／ｍ／Ｋを超える。そのため、記録レーザーパワー（Ｐｗ）が１５ｍＷ以上となってようやく微細パターン穴が形成され始める。その際、マーク内には、溶融したＩｎが直径５０ｎｍ以下の小さな残さとなって残る。よって、Ｉｎ合金に添加するＣｏの含有量の上限は６０原子％とする。

一方、Ｉｎ合金に添加するＣｏの含有量を徐々に下げたところ、Ｃｏの含有量が３０原子％未満となったところで、記録レーザーパワー（Ｐｗ）を２０ｍＷとしても微細パターン穴を形成することができなくなった。よって、Ｉｎ合金に添加するＣｏの含有量の下限は３０原子％とする。

（２）Ｉｎ合金に添加する金属元素をＮｉとした場合
合金層の形成に用いるＩｎ合金を、Ｉｎ−３０原子％Ｎｉ合金とした。このＩｎ合金で合金層を形成した場合、記録レーザーパワー（Ｐｗ）を２０ｍＷとしても微細パターン穴を全く形成することができなかった。Ｉｎ−３０原子％Ｎｉ合金の熱伝導率は、２．７Ｗ／ｍ／Ｋであり、Ｉｎ−６５原子％Ｃｏ合金の熱伝導率より低く、熱伝導率の観点からは微細パターン穴が形成されやすいと考えられるが、微細パターン穴が形成されないのは、表面張力、ガラスとの濡れ性、密着性の何れかが関与していると考えられる。

（３）合金層に代えて純Ｉｎ層とした場合
合金層に代えて純Ｉｎ層を形成した。記録レーザーパワー（Ｐｗ）が１０ｍＷ以上となれば微細パターン穴が形成され始めるが、その際に溶融したＩｎが、マーク内広範囲を占める残さとなって残るため、合金層に代えて純Ｉｎ層とすることは適当ではない。

＜参考例＞
この参考例では、大きな面積の基板の表面側に凹凸状の微細パターンを付与することを想定し、熱リソグラフィーを実施する装置のステージの回転速度を高速化できるかの検討を行った。

そのレジスト層の表面に、ＤＣマグネトロンスパッタリング法によって、Ｉｎ−５０原子％Ｃｏ合金の微細パターン形成材料でなる１０ｎｍの膜厚の合金層を形成した。尚、この合金層の成分組成は、ＩＣＰ発光分析法またはＩＣＰ質量分析法で測定した。

次に、レーザー光を照射する熱リソグラフィー法によって、合金層に微細パターン穴を形成した。熱リソグラフィーは、パルステック工業株式会社製のナノ加工装置ＮＥＯ−５００を用いて、ステージ回転速度：４．９２ｍ／ｓおよび９．８４ｍ／ｓ、ピッチ：５００ｎｍ、パルス幅：１０ｎｓｅｃで、記録レーザーパワー（Ｐｗ）を変化させることにより実施した。

熱リソグラフィーによって、合金層に形成された微細パターン穴の直径を、ＳＥＭ（走査電子顕微鏡）で測定して定量化した。微細パターン穴を無作為に１０個抽出し、その直径を測定して平均値を得た。

ステージ回転速度：４．９２ｍ／ｓの場合では、記録レーザーパワー（Ｐｗ）：８．５ｍＷで直径は２０５ｎｍ、Ｐｗ：９．０ｍＷで直径は２４５ｎｍであった。また、ステージ回転速度：９．８４ｍ／ｓの場合では、Ｐｗ：８．５ｍＷで直径は１８５ｎｍ、Ｐｗ：９．０ｍＷで直径は２５０ｎｍであった。

ステージ回転速度を上げても、得られる微細パターン穴の直径は同等で、大きな面積の基板の表面側に凹凸状の微細パターンを付与するために、ステージの回転速度を高速化することは可能であることが確認できた。

＜実施例４＞
この実施例では、発光ダイオード（ＬＥＤ：ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）に用いられるサファイヤ基板に凹凸状の微細パターンを付与することを想定し、試験を実施した。このナノ周期凹凸構造を有するサファイヤ基板によって、ＬＥＤの発光取り出し効率の向上が期待できる。

基板としてサファイヤ基板（株式会社オルベ・パイオニア製、φ２インチ、厚さ０．４３ｍｍ、Ｃ面、両面研磨）を用い、その表面に、東京応化工業株式会社製の有機レジストＴＳＭＲ−８９００を塗布後、クリーンオーブンで８０℃、３０分間の処理を行い、凹凸ピッチが３００〜４００ｎｍの場合は０．５μｍの膜厚のレジスト層を、凹凸ピッチが４５０〜１０００ｎｍの場合は０．７μｍの膜厚のレジスト層を形成した。

そのレジスト層の表面に、ＤＣマグネトロンスパッタリング法によって、Ｉｎ−５０原子％Ｃｏ合金の微細パターン形成材料でなる１０ｎｍの膜厚の合金層を形成した。尚、この反応層の成分組成は、ＩＣＰ発光分析法またはＩＣＰ質量分析法で測定した。

次に、レーザー光を照射する熱リソグラフィー法によって、合金層に微細パターン穴を形成した。熱リソグラフィーは、パルステック工業株式会社製のナノ加工装置ＮＥＯ−５００を用いて、ステージ回転速度：４．９２ｍ／ｓ、ピッチ：３００〜１０００ｎｍ、パルス幅：１０ｎｓｅｃ固定で、記録レーザーパワー（Ｐｗ）：７．５〜９ｍＷで実施した。この時点で形成された微細パターン穴のピッチおよび直径をＳＥＭ（走査電子顕微鏡）で測定して定量化した。詳しくは、微細パターン穴を無作為に１０個抽出し、そのピッチ（例えば、図２にａで示す）および直径を測定して平均値を得た。ピッチはリソグラフィー時の条件と略同一の微細パターン穴のピッチで、直径は２００〜４００ｎｍであり、ナノ周期の凹凸状の微細パターンを形成することができた。

更に、サムコ社製ＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）ＭｏｄｅｌＲＩＥ−２００Ｌを用い、３０Ｐａ、５０Ｗの条件で、Ｏ_２：３０ｓｃｃｍ、５分間のエッチング処理と、Ａｒ：３０ｓｃｃｍ、５分間のエッチング処理を１サイクルとして、凹凸ピッチが３００〜４００ｎｍの場合は２サイクル、凹凸ピッチが４５０〜１０００ｎｍの場合は３サイクルのエッチング処理を繰り返したところ、Ｉｎ−Ｃｏ合金層がマスクとして残存した状態で、有機レジスト層に微細パターン穴が転写された。

更に、ＩＣＰ（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ：誘導結合プラズマ）エッチング装置を用い、Ａｒ／Ｃｌ_２／ＢＣｌ_３＝３００／９０／９０ｓｃｃｍ、１．８６Ｐａ、ＲＦパワー：５００Ｗ、バイアスパワー：５０Ｗ、２０℃の条件で、１分３０秒〜３分間のエッチング処理を実施したところ、サファイヤ基板はエッチングされ、サファイヤ基板の表面には前記微細パターン穴から続く凹部が転写形成された。

最後に、硫酸過酸化水素水溶液（硫酸：過酸化水素水＝３：１（体積比））に２０分、７０℃の温水に１０分、超純水に１０分、夫々順に浸漬することによって、マスク層（Ｉｎ−Ｃｏ合金層）と有機レジスト層を剥離除去した。以上の方法で、最終的に、サファイヤ基板の表面に、直径１５０〜３５０ｎｍ、深さ１００〜３００ｎｍ、凹凸ピッチ３００〜１０００ｍｍの微細パターン穴を確実に付与することができた。尚、これらの数値は、ＳＥＭ（走査電子顕微鏡）で定量化し、無作為に１０個抽出して求めた平均値である。直径は微細パターン穴の底面部で測定した。

１…基板
２…合金層
３…中間層
３ａ…レジスト層
４…微細パターン穴

Claims

基板の表面側に設けられ、レーザー光の照射によって溶融することで穴が形成される微細パターン形成材料であって、
Ｃｏを３０〜６０原子％含有するＩｎ合金からなることを特徴とする微細パターン形成材料。
基板と、前記基板の表面側に形成された合金層を含む積層構造体であって、
前記合金層は、レーザー光の照射によって溶融することで穴が形成される微細パターン形成材料で構成され、
前記微細パターン形成材料は、Ｃｏを３０〜６０原子％含有するＩｎ合金からなることを特徴とする積層構造体。
前記基板と合金層の間には、中間層が形成されていることを特徴とする請求項２記載の積層構造体。
前記中間層は、レジスト層であることを特徴とする請求項３記載の積層構造体。
請求項１に記載の微細パターン形成材料でなる合金層を形成するためのスパッタリングターゲットであって、
Ｃｏを３０〜６０原子％含有するＩｎ合金からなることを特徴とするスパッタリングターゲット。