JP5034634B2 - パターン形成体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、切断、研磨、面取り等の加工を精度良く行うことができるパターン形成体の製造方法に関する。

近年、フォトマスクの微細化が進み、高精度なフォトマスク製造技術を利用した位相マスクやインプリント用テンプレート等の開発がなされている。位相マスクやインプリント用テンプレートを製造する場合は、通常、基板上に高精度パターンを作製した後に、切断、研磨、面取り等の加工を行い、所望の形状のマスクやテンプレートを得る。従来、切断等の加工を行うと、チッピング等が生じ凹凸パターン部に付着するという問題があった。

このようなチッピングの問題を解決するために、凹凸パターン部が形成された表面を、粘着テープやレジストで保護することが行われている。例えば、特許文献１においては、半導体ウェハの表面に保護テープ（粘着テープ）を貼着し、次に、カッターを用いて半導体ウェハを切断する、半導体ウェハの保護テープの切断方法が記載されている。また、特許文献２においては、基板材に予め切断用の貫通溝を形成し、次に、レジストを塗布し、基板材を切断するプリント基板の製造方法が記載されている。

しかしながら、粘着テープやレジストを用いて凹凸パターン部を保護する方法には、以下の問題があった。すなわち、切断等の加工を行う場合は、被加工体がブレないように強固に固定する必要があるが、粘着テープやレジスト等には通常フレキシブルな樹脂等が用いられているため、精度良く切断等を行うことができないという問題があった。さらに、粘着テープやレジストを凹凸パターン部から剥離する際に、その一部が凹凸パターン部の表面上に残留してしまうという問題もあった。これらの問題は、凹凸パターンのサイズが微細になるほど顕著に生じるものである。

そのため、切断、研磨、面取り等の加工を精度良く行うことができるパターン形成体の製造方法が望まれている。なお、特許文献３においては、フォトマスクの端面を鏡面にしてチッピングや異物を少なくすることが開示されている。
特開２００４−２５４０２号公報 特開平１１−１４５５８０号公報 特開平１−１６７７５８号公報

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、切断、研磨、面取り等の加工を精度良く行うことができるパターン形成体の製造方法を提供することを主目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明においては、表面に凹凸パターン部を有する被加工体を用意し、上記被加工体の凹凸パターン部が形成された表面に、硬質保護層を形成する硬質保護層形成工程と、上記硬質保護層により保護された凹凸パターン部以外の、上記被加工体の部分を加工する加工工程と、を有することを特徴とするパターン形成体の製造方法を提供する。

本発明によれば、被加工体の表面に硬質保護層を設けることにより、切断等の加工時に、被加工体を強固に固定することができる。その結果、切断等の加工を精度良く行うことができる。

上記発明においては、上記加工工程が、上記被加工体を切断する切断工程、上記被加工体を研磨する研磨工程、および上記被加工体の角部を面取りする面取り工程の少なくとも一つの工程であることが好ましい。被加工体を強固に固定することで、高い精度で加工を行うことができるからである。

上記発明においては、上記硬質保護層の材料が、クロムであることが好ましい。被加工体の凹凸パターン部等に対して悪影響を与えず、被加工体との離型性に優れているからである。

上記発明においては、上記硬質保護層形成工程の際に、凹凸パターン部が形成された表面とは反対側の上記被加工体の表面に硬質保護層を形成することが好ましい。被加工体の両面から、強固に固定を行うことができるからである。

本発明においては、寸法安定性等に優れたパターン形成体を得ることができるという効果を奏する。

以下、本発明のパターン形成体の製造方法について詳細に説明する。

本発明のパターン形成体の製造方法は、表面に凹凸パターン部を有する被加工体を用意し、上記被加工体の凹凸パターン部が形成された表面に、硬質保護層を形成する硬質保護層形成工程と、上記硬質保護層により保護された凹凸パターン部以外の、上記被加工体の部分を加工する加工工程と、を有することを特徴とするものである。

本発明によれば、被加工体の表面に硬質保護層を設けることにより、切断等の加工時に、被加工体を強固に固定することができる。その結果、切断等の加工を精度良く行うことができる。さらに、被加工体の凹凸パターン部を、硬質保護層により保護することから、上述したチッピング等の問題が発生することを防止できる。また、硬質保護層を形成する材料は、一般的に硬度が高い材料であるため離型性に優れ、硬質保護層を凹凸パターン部から剥離する際に、その一部が凹凸パターン部の表面上に残留することを防止することができる。

次に、本発明のパターン形成体の製造方法について図面を用いて説明する。図１は、本発明のパターン形成体の製造方法の一例を示す概略断面図である。図１に示されるパターン形成体の製造方法においては、まず、表面に凹凸パターン部を有する石英製の被加工体１を用意し（図１（ａ））、被加工体１の凹凸パターン部が形成された表面とその反対側の表面に、Ｃｒからなる硬質保護層２をスパッタリング法により形成する硬質保護層形成工程（図１（ｂ））を行う。次に、硬質保護層２により保護された凹凸パターン部以外の、被加工体１の部分を加工する加工工程として、ダイヤモンドカッター３を用い、被加工体１を断面方向に切断する切断工程（図１（ｃ））と、切断により生じた断面を研磨する研磨工程（図１（ｄ））と、被加工体１の角部を面取りする面取り工程（図１（ｅ））と、を行う。最後に、硬質保護層２を除去し、洗浄することで、パターン形成体１０を得る（図１（ｆ））。

本発明により得られるパターン形成体は、表面に凹凸パターン部を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えば、光インプリントまたは熱インプリント等に用いられるインプリント用テンプレート；位相マスク等として用いることができる。
以下、本発明のパターン形成体の製造方法について、工程ごとに説明する。

１．硬質保護層形成工程
本発明における硬質保護層形成工程について説明する。本発明における硬質保護層形成工程は、表面に凹凸パターン部を有する被加工体を用意し、上記被加工体の凹凸パターン部が形成された表面に、硬質保護層を形成する工程である。

（１）被加工体
まず、本発明に用いられる被加工体について説明する。本発明に用いられる被加工体は、表面に凹凸パターン部を有するものである。

本発明に用いられる被加工体は、光透過性を有するものであっても良く、光透過性を有しないものであっても良いが、本発明により得られるパターン形成体が、例えば光インプリント用のテンプレートまたは位相マスクの場合は、被加工体が光透過性を有するものであることが好ましい。一方、本発明により得られるパターン形成体が、例えば熱インプリント用テンプレートである場合は、光透過性を有しないものであっても良い。

上記被加工体の材料としては、パターン形成体の用途等により異なるものであるが、例えば、石英およびソーダライムガラス等のガラス；シリコン（Ｓｉ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）およびガリウム砒素（ＧａＡｓ）等の半導体；ニッケル（Ｎｉ）およびアルミニウム（Ａｌ）等の金属；窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）および炭化シリコン（ＳｉＣ）等のセラミックス；ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）および立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）等を挙げることができる。中でも、より微細な寸法の加工が可能であるという観点から、石英およびシリコン（Ｓｉ）がより好ましく、石英が特に好ましい。

また、本発明により得られるパターン形成体が、熱インプリント用モールドである場合は、被加工体の材料が、Ｓｉ、ＮｉまたはＳｉＣであることが好ましい。熱安定性に優れているからである。一方、本発明により得られるパターン形成体が、光インプリント用モールドである場合は、被加工体の材料が、石英であることが好ましい。光透過性に優れているからである。

本発明における凹凸パターン部は、後述する硬質保護層により保護されるものであるため、被加工体の表面の一部を削ることによって形成されたものであっても良く、被加工体の表面上に別部材（例えばＣｒ等）を用いて形成されたものであっても良い。中でも、本発明においては前者が好ましい。剥離の問題が生じないからである。

上記凹凸パターン部の断面形状は、得られるパターン形成体の用途によって異なるものであるが、例えば、矩形状および半円状等を挙げることができる。例えば、パターン形成体を位相マスクとして用いる場合は、例えば、凹凸パターン部の断面形状が矩形状となるように、凹凸パターン部を形成することが好ましい。また、例えば、パターン形成体を、マイクロレンズを形成するためのインプリント用テンプレートとして用いる場合は、例えば、凹凸パターン部の断面形状が半円状となるように、凹凸パターン部を形成することが好ましい。

本発明においては、凹凸パターン部のパターンサイズが、小さいことが好ましく、具体的には、パターンサイズがナノオーダーであることが好ましい。後述する硬質保護層を設けることにより、パターンサイズが小さい場合であっても、高い精度で切断等の加工を行うことができるからである。上記凹凸パターン部のパターンサイズとしては、例えば１０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内、中でも２０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内であることが好ましい。なお、凹凸パターン部の断面形状が矩形状である場合は、その凹部の幅が、上記のパターンサイズの範囲内にあることが好ましい。また、凹凸パターン部の断面形状が半円状である場合は、半円状の凹部の直径が、上記のパターンサイズの範囲内にあることが好ましい。

被加工体の表面に凹凸パターン部を形成する方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、フォトリソグラフィー等を挙げることができる。

（２）硬質保護層
次に、本発明に用いられる硬質保護層について説明する。本発明に用いられる硬質保護層は、被加工体の凹凸パターン部側の表面に形成されるものである。

上記硬質保護層の硬度としては特に限定されるものではないが、例えばモース硬度で３〜１０の範囲内、中でもモース硬度で５〜８の範囲内であることが好ましい。

上記硬質保護層の材料としては、被加工体の凹凸パターン部等に対して悪影響を与えるものでなければ特に限定されるものではない。中でも、後述する切断等の加工が終了した後に、硬質保護層と被加工体とを容易に剥離できる材料であることが好ましい。具体的にはクロム、ニッケル、チタン、タングステン、モリブデン、ならびに、これらの酸化物および窒化物等を挙げることができる。特に、本発明においては、硬質保護層の材料が、クロム、酸化クロムまたは窒化クロムであることが好ましい。酸系のエッチング液で容易に剥離することが可能だからである。

上記硬質保護層の膜厚としては、被加工体を精度良く加工できれば特に限定されるものではないが、例えば１０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内、中でも５０ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲内であることが好ましい。硬質保護膜が薄すぎると被加工体を保護できない可能性があり、厚すぎると膜応力の関係で割れやすくなるからである。

硬質保護層を形成する方法としては、所望の硬質保護層を形成することができる方法であれば特に限定されるものではないが、プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法等のＣＶＤ法；スパッタリング法、イオンプレーティング法等のＰＶＤ法等を挙げることができ、中でもスパッタリング法が好ましい。均一な硬質保護膜を得ることができるからである。

本発明においては、少なくとも被加工体の凹凸パターン部が形成された表面に硬質保護層を形成するが、その他の表面に同様の硬質保護層を形成しても良い。中でも、本発明においては、凹凸パターン部が形成された表面とは反対側の上記被加工体の表面に硬質保護層を形成することが好ましい。被加工体の両面から、強固に固定を行うことができるからである。

本発明においては、上記硬質保護層を形成した後に、上記硬質保護層上に、軟質層を設けても良い。軟質層を設けることにより、硬質保護層に割れ等が生じた場合であっても、硬質保護層の断片が飛散することを防止することができるからである。上記軟質層の材料としては、特に限定されるものではないが、例えば、市販の粘着テープおよびレジスト等を挙げることができる。なお、軟質層を設けることにより、硬質保護層のみの場合と比較して、切断等の加工の精度は悪くなると考えられるが、硬質保護層および軟質層を設けることで以下の利点を有すると考えられる。

すなわち、軟質層と被加工体との間に硬質保護層を設けてあるので、軟質層を被加工体から剥離する際に、軟質層の一部が被加工体の凹凸パターン部に残留することを防止することができる。さらに、硬質保護層および軟質層という２層構造とすることで、それぞれの層の厚さを薄くしても、チッピングが凹凸パターン部に付着しにくくなり、さらに、それぞれの層の厚さを薄くすることで、切断等の加工を精度良く行うことができる。

２．加工工程
次に、本発明における加工工程について説明する。本発明における加工工程は、上記硬質保護層により保護された凹凸パターン部以外の、上記被加工体の部分を加工する工程である。

本発明における加工工程としては、被加工体を固定して加工する工程であれば特に限定されるものではない。中でも、本発明においては、上記加工工程が、上記被加工体を切断する切断工程、上記被加工体を研磨する研磨工程、および上記被加工体の角部を面取りする面取り工程の少なくとも一つの工程であることが好ましい。被加工体を強固に固定することで、高い精度で加工を行うことができるからである。

特に、本発明においては、上記加工工程として、少なくとも上記被加工体を切断する切断工程を行うことが好ましい。予め小さく切断された被加工体に対して高精度パターンを形成することは通常困難であり、所定の大きさの被加工体に高精度パターンを形成した後に切断することが効率的に優れているからである。

上記切断工程としては、被加工体を切断する工程であれば特に限定されるものではないが、具体的には、被加工体を断面方向に切断する工程、および被加工体にメサ構造を形成するために座繰り加工する工程等を挙げることができる。中でも、本発明においては、上記切断工程が、被加工体を断面方向に切断する工程であることが好ましい。
上記被加工体を切断する方法としては、一般的な切断方法を用いることができ、特に限定されるものではないが、具体的には、ダイヤモンドカッターを用いる方法等を挙げることができる。

上記研磨工程において、研磨を行う場所としては、上記硬質保護層により保護された凹凸パターン部以外の、上記被加工体の部分であれば特に限定されるものではないが、具体的には、上記切断工程により生じた切断面等を挙げることができる。
上記被加工体を研磨する際に用いられる研磨材としては、一般的な研磨材を用いることができ、特に限定されるものではないが、具体的には、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、炭化ケイ素、および酸化アルミニウム等を挙げることができる。上記被加工体を研磨する方法については、一般的な研磨方法と同様であるので、ここでの説明は省略する。

上記面取り工程において、上記被加工体の角部を面取りする方法としては、特に限定されるものではなく、一般的な方法を用いることができる。具体的には、バフ研磨等を挙げることができる。

本発明において、切断工程、研磨工程および面取り工程の順番としては、特に限定されるものではないが、通常、切断工程、研磨工程および面取り工程の順番に行う。必要に応じて、研磨工程の後に、追加加工を行うために、再度切断工程を行っても良い。

本発明においては、被加工体に硬質保護層を設けることにより、従来の粘着テープやレジストを用いる方法と比較して、被加工体に加える圧力を低く抑えることができ、被加工体へのダメージを軽減できる。

３．その他
本発明においては、通常、上記加工工程後に、硬質保護層を除去する除去工程を行う。硬質保護層を除去する方法としては、硬質保護層の種類等により異なるものであるが、例えば、剥離液を用いて除去する方法等を挙げることができる。具体的には、クロムを用いて硬質保護層を形成した場合は、剥離液として、硝酸第二セリウムアンモニウム溶液等を用いることができる。また、本発明においては、上述した各工程の前後に、必要に応じて洗浄工程を行っても良い。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と、実質的に同一の構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなる場合であっても本発明の技術的範囲に包含される。

以下、実施例を用いて、本発明をさらに具体的に説明する。
［実施例］
６インチ角、厚さ６．３５ｍｍ石英基板に微細加工を行い、石英基板の表面に凹凸パターン部を形成した。次に、両面に硬質保護層としてＣｒ膜を５０ｎｍスパッタ法により作製した後、ダイヤモンドカッターにて２０ｍｍ×２０ｍｍの大きさに切断加工を行った。その後、切断面に対して、バフ研磨により研磨加工を行った。次に、硝酸第二セリウムアンモニウム溶液にてＣｒ膜を除去して、洗浄を行い、パターン形成体を得た。

なお、硝酸第二セリウムアンモニウム溶液にてＣｒ膜を除去する前の段階では、Ｃｒ膜の表面に研磨剤、切断チップが付着しており、溶剤等で洗浄を行ったが除去できなかった。これに対して、硝酸第二セリウムアンモニウム溶液にてＣｒ膜を除去した後の段階では、微細加工した部分（凹凸パターン部）に切断チップ、研磨剤等の残留は見られなかった。

［比較例］
６インチ角、厚さ６．３５ｍｍ石英基板に微細加工を行い、石英基板の表面に凹凸パターン部を形成した。次に、両面に粘着テープ（Ｅ−ＭＡＳＫ、日東電工製）を貼付した後ダイヤモンドカッターにて２０ｍｍ×２０ｍｍの大きさに切断加工を行った。その後、切断面に対して、バフ研磨により研磨加工を行った。次に、粘着テープを手で剥離した後、洗浄を行い、パターン形成体を得た。

［評価］
実施例および比較例で得られたパターン形成体の寸法（図２で表されるＬ１〜Ｌ４）を、オリンパス製３次元測長機ＳＴＭ−ＵＭを用いて測長した。その結果、実施例で得られたパターン形成体の寸法Ｌ１〜Ｌ４は、それぞれ２０．００３ｍｍ、１９．９９３ｍｍ、２０．００９ｍｍ、２０．００３ｍｍであった。これに対して、比較例で得られたパターン形成体の寸法Ｌ１〜Ｌ４は、１９．９９８ｍｍ、１９．９２７ｍｍ、１９．９３９ｍｍ、１９．８９０ｍｍであった。その結果のグラフを図３に示す。

図３に示すグラフから明らかなように、実施例で得られたパターン形成体は、非常に優れた精度で切断加工されていることが確認できた。これに対して、比較例で得られたパターン形成体の寸法は、バラつきが大きく、切断加工の精度が劣っていた。これらの結果から、石英基板（被加工体）の表面に硬質保護層を設けることにより、切断加工時に、石英基板を強固に固定することができ、精度良く切断加工が行えることが確認できた。

また、実施例および比較例で得られたパターン形成体の表面の光学顕微鏡写真を図４に示す。図４に示されるように、実施例で得られたパターン形成体の切断面は明瞭であり、凹凸パターン部には、Ｃｒ膜の残留物、切断チップ、研磨剤等の異物は一切確認されなかった。これに対して、比較例で得られたパターン形成体の切断面は不明瞭であった。これは、石英基板と粘着テープとの密着性が不充分であり、切断加工時や研磨加工時に、切断チップ等が界面に混入してしまったためであると考えられる。また、比較例で得られたパターン形成体の表面には、粘着テープの糊が残留していることが確認された。

本発明のパターン形成体の製造方法の一例を示す概略断面図である。 実施例および比較例で得られたパターン形成体の寸法を説明する説明図である。 実施例および比較例で得られたパターン形成体の寸法を比較するグラフである。 実施例および比較例で得られたパターン形成体の表面を示す光学顕微鏡写真である。

符号の説明

１ … 被加工体
２ … 硬質保護層
３ … ダイヤモンドカッター
１０ … パターン形成体

Claims (3)

1. 表面に凹凸パターン部を有する被加工体を用意し、前記被加工体の凹凸パターン部が形成された表面に、硬質保護層を形成する硬質保護層形成工程と、
   前記硬質保護層により保護された凹凸パターン部以外の、前記被加工体の部分を加工する加工工程と、
   を有し、前記硬質保護層の材料が、クロム、酸化クロムまたは窒化クロムであることを特徴とするパターン形成体の製造方法。
2. 前記加工工程が、前記被加工体を切断する切断工程、前記被加工体を研磨する研磨工程、および前記被加工体の角部を面取りする面取り工程の少なくとも一つの工程であることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成体の製造方法。
3. 前記硬質保護層形成工程の際に、凹凸パターン部が形成された表面とは反対側の前記被加工体の表面に硬質保護層を形成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のパターン形成体の製造方法。

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