JP5503237B2 - パタン形成基板 - Google Patents

Description

光学機器、光学フィルムに使用するパタン形成基板に関し、特に、単位パタンを数十万〜百万回くり返したパタンピッチに比べ非常に大きな面積にわたり一様な形状を有するパタン形成基板に関する。

近年、ワイヤグリッド偏光子等の光の波長レベルの周期を有する微細構造体の研究が盛んに行われている。このような非常に狭い周期の微細構造パタンを有する部材や製品は、半導体分野だけでなく、光学分野において利用範囲が広く有用である。一般的に、このような微細構造パタンを形成する技術としては、電子線ビーム描画、ステッパなど半導体加工技術や、レーザ干渉露光法が広く知られている。

しかし、これらの技術を用いて微細構造体を直接形成することは非常に多くの時間とコストがかかるため、現実的とはいえない。そのため、微細な凹凸パタンをガラス基板やＳｉ基板に形成し、表面にパタンが形成されたパタン形成基板を型（スタンパ）としてレジストに転写すること（エンボス技法）により、低コスト且つ高効率で微細構造を作製する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。エンボス技法を用いる場合であっても、型の形成においては、電子線ビーム描画等の加工技術が用いられることとなる。

エンボス技法において、型となるパタン形成基板の大面積化は生産性を向上する上で非常に重要であるが、例えば、電子線ビーム描画では、一回に描画できる区画面積が数ｍｍ角以下であり、描画に時間を要することから、加工時間中の温度変化などを考慮すると、直径２０ｃｍ以上のＳｉウェハ上に、各区画を大面積に渡り高精度に接ぎ合わせ、一様なパタンを作ることは困難である。

ステッパを用いた露光では、ステップ・アンド・リピートを繰り返すことにより単位パタンを連続して転写することができるが、一般的に、パタンの転写はチップ単位で行われ、ライン・アンド・スペースパタン（Ｌ／Ｓパタン）等の凹凸格子形状からなる単位パタンを大面積で精密に接ぎ合わせて連続したパタンとすることは高い精度が要求される。また、ナノメートルレベルでの形状の均一性を数十センチメートルレベルの広い領域において非破壊で評価することがなかったため、均一性が保障されたナノパタン（Ｌ／Ｓパタンのピッチが１μｍ以下）原版を製造することは難しかった。レーザ干渉露光法は、比較的広い面積に均一で微細なパタンを形成するのに適しているが、露光面積が大きくなると、露光時間が長くなり、レーザ光の位相安定性やレジスト基板の温度変化による寸法安定性を維持することが難しく、均一性に優れたナノパタンを形成することは難しかった。

また、大面積の型を得るために、面積が小さい第１の型を形成した後、該第１の型を用いて大型の第２の型を形成する方法が提案されている（例えば、特許文献２）。

しかし、特許文献２の方法を用いる場合には、第１の型を転写する際に部分的にレジストに加熱処理又は照射を行うため、単位パタン（第１の型に形成されたパタン）を接ぎ合わせて連続したパタンとすることは困難である。特に、ライン・アンド・スペースパタン等のピッチが狭くなるにつれて接ぎ合わせ部分において欠陥が生じる可能性が高くなる。

特開２００６−８４７７６号公報 特開２００５−２０３７９７号公報

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、パタンピッチに比べ大きな面積にわたり、均一で連続したパタン形状を有するパタン形成基板を提供することを目的の一とする。

本発明のパタン形成基板の一態様は、ステッパにてレチクルのパタンを縮小した単位面積の微細パタンである単位ライン・アンド・スペースパタンを繰り返し露光法により接合して形成された連続微細パタンであって、ピッチ３００ｎｍ以下で高さが５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の連続凹凸格子パタンから構成され、前記連続凹凸格子パタンが形成された部分の最少外接円の直径が２０ｃｍ以上であり、前記連続凹凸格子パタンにおいて、前記連続凹凸格子パタンからの可視光領域の反射光波長のばらつき幅が２５ｎｍ以内であることを特徴とする。

また、本発明のパタン形成基板の一態様は、ステッパにてレチクルのパタンを縮小した単位面積の微細パタンである単位ライン・アンド・スペースパタンを繰り返し露光法により接合して形成された連続微細パタンであって、ピッチ３００ｎｍ以下で高さが５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の連続凹凸格子パタンから構成され、前記連続凹凸格子パタンが形成された部分の最少外接円の直径が２０ｃｍ以上であり、前記連続凹凸格子パタンにおいて、前記連続凹凸格子パタンからの可視光領域の反射率のばらつき幅が２％以内であることを特徴とする。
また、前記連続凹凸格子パタンの高さと幅および前記連続凹凸格子パタンのピッチのばらつきが、１０ｎｍ以下であることが好ましい。

本発明のパタン形成基板の一態様において、基板は、シリコン又は酸化珪素であることが好ましい。

また、本発明の光学フィルムもしくは光学シートの一態様において、上記のいずれかに記載のパタン形成基板上のパタン、その複製パタンもしくは反転パタンを用いて、転写用樹脂によりフィルムやシート基材上に凹凸格子構造を転写したことを特徴とする。

本発明によれば、パタンピッチに比べ大きな面積にわたり、均一で連続したパタン形状を有するパタン形成基板が得られる。

本発明の露光法の一例を示す概略図 本発明に係る実施例の波長と反射率の測定結果 本発明に係る比較例の波長と反射率の測定結果

本願発明者は、ナノメートルレベルでの形状の均一性を数十センチメートルレベルの広い領域において非破壊で評価する方法を鋭意検討し、白色光や単色光を用いた簡便で精度の高い評価方法を見出した。これにより形状の不均一箇所の評価が可能となり、パタン接ぎ合わせ条件を最適化することにより不均一箇所の解消が可能となった。

そして、このような評価法を用いながら、近年、著しく精度が向上したステッパや干渉露光技術を応用し、マスク、露光方法について鋭意検討した結果、パタンピッチに比べ非常に大きな面積にわたり継目を視認することのできない一様な形状を有するパタン形成基板を得るに至った。以下に、ナノメートルレベルの単位パタンが大面積に形成されたパタン形成基板及びその作製方法の一例について説明する。

まず、基板を準備する。基板としては、シリコン（Ｓｉ）、酸化珪素、ガラス、窒化ガリウム、ヒ化ガリウム、酸化アルミニウム、炭化珪素等を用いることができる。

次に、基板上にレジスト膜を形成した後、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置（ステッパ）を用いて、基板上のレジスト膜を露光する（図１（Ａ）、（Ｂ）参照）。図１（Ｂ）において、基板１００の点線で囲まれた領域が１回（１ショット）の照射でレジストが露光する領域であり、レチクル１０１のパタンを縮小した単位パタンに相当する。

本実施の形態では、レチクルに形成された微細パタンであるライン・アンド・スペースパタン（単位ライン・アンド・スペースパタン、単位面積の微細パタン）を接ぎ合わせる（接合させる）ようにショットを繰り返し、基板上のレジストを露光する（繰り返し露光法により接合する）。したがって、レジストには、単位ライン・アンド・スペースパタンが接合して形成された連続ライン・アンド・スペースパタン（連続凹凸格子パタン、連続微細パタン）が転写されることとなる。各ショットにおいて、ショット同士の重ね合わせ量（露光回数が複数になる部分の量）は、接合が均一になるように任意に設定できる。基板上のレジスト膜を露光した後に、レジストに適した方法で現像を行い、ついで基板をエッチングして凹凸格子パタンを形成する。

ここで、微細パタンが、ピッチ３００ｎｍ以下で高さが５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の連続凹凸格子パタンから構成され、前記連続凹凸格子パタンが形成された部分の面積は、種々の用途に応用するために、できるだけ大きいことが好ましく、凹凸格子パタンが形成された部分の最少外接円の直径としては２０ｃｍ以上であることが好ましく、２５ｃｍ以上であることがより好ましく、３０ｃｍ以上であることが最も好ましい。この程度の大きさがあれば、ワイヤグリッド偏光板、反射防止フィルム、位相差板などの光学部品等に適用できる可能性が広がる。一方で、大きさの上限に技術的制限は無く、干渉露光法によれば、パタン形状にもよるが、１００ｃｍ角以上の面積にわたり、均一な微細パタンを形成する事も可能であり、最小外接円の直径としては１５０ｃｍ程度となる。

次に、得られたパタン形成基板の連続凹凸格子形状について、単位凹凸格子形状の接合部の均一性について評価を行う。

単位凹凸格子形状の接合部の均一性は、連続凹凸格子形状において、例えば４つのショットが隣接するような境界部分（接合部）の光学的特性により評価することができる。

接合部の光学的特性の評価は、接合部近傍領域の反射光を測定し、該反射光を比較して、そのばらつき幅を評価することにより行うことができる。具体的には、接合部を含む所定の領域を規定した後、該領域に複数のポイントを設定し、所定の方向から光を照射した際の複数ポイントにおける反射光の光量およびスペクトル（波長）をそれぞれ比較する。また、反射光の測定は、複数の方向から行うことが好ましく、例えば、連続凹凸格子形状の延伸方向であるＸ軸方向と、該Ｘ軸方向と垂直なＹ軸方向から光を照射して、それぞれの方向において複数ポイントの反射光のばらつき幅を評価することが好ましい。なお、干渉露光法により作製した凹凸格子形状の場合は、可視光（３８０〜７８０ｎｍ）における反射光のばらつき幅の最大となるポイントを含めるようにして、１０ポイント以上設定すればよい。好ましくは２０〜１００ポイント程度設定すればよい。ステッパを用いて作製した凹凸格子形状場合は、接合部を含むポイントと含まないポイントをそれぞれ１０ポイント以上設定すればよい。好ましくは、それぞれ２０〜１００ポイント程度設定すればよい。

一例として、接合部を含む領域に複数のポイントを設定した後、該領域に所定の範囲の波長（例えば、３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）の光を照射して、各ポイントにおける反射光を比較することにより、反射光量や反射光波長のばらつき幅を評価する。なお、反射光波長のばらつきの幅とは、３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの波長領域の各ポイントの反射スペクトルを重ね書きして得られたスペクトルにおいて、特定反射率における波長の平均値からのぶれ幅（ばらつき幅）を差す。光をＸ軸方向から照射して、各ポイントにおける反射光を測定して比較することにより、反射光量や反射光波長のばらつき幅を評価する。さらに、Ｙ軸方向についても同様に行い評価することができる。ここで、測定ポイントの大きさとしては、色のムラに応じ適宜設定すればよく、例えば、ステッパを用いて作製した場合は直径数μｍ〜１ｍｍ程度である。

本実施の形態では、接合部近傍における反射光波長のばらつき幅が２５ｎｍ以内であるか、または、反射率（入射光量と反射光量の比）のばらつき幅が２％以内である。この範囲であれば、単位凹凸格子形状の接合部が実用上十分な均一性を有しているといえる。さらに、接合部近傍における反射光波長のばらつき幅が２５ｎｍ以内であり、かつ、反射率（入射光量と反射光量の比）のばらつき幅が２％以内であることが、単位凹凸格子形状の接合部の均一性の観点からより好ましい。なお、反射率のばらつき幅とは、３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの波長領域の各ポイントの反射スペクトルを重ね書きして得られたスペクトルにおいて、特定波長における反射率の平均値からのぶれ幅（ばらつき幅）を差す。反射光波長のばらつき幅を２５ｎｍ以内に最適化するにあたり、凹凸格子の高さと幅および凹凸格子のピッチのばらつきを１０ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以下、さらに好ましくは２ｎｍ以下に凹凸格子形状を調整することが重要となる。また、反射率のばらつき幅を２％以内に最適化するにあたり、凹凸格子の高さと幅および凹凸格子のピッチのばらつきを１０ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以下、さらに好ましくは２ｎｍ以下に凹凸格子形状を調整することが重要となる。反射波長のばらつき幅は２０ｎｍ以内にすることがより好ましい。

その後、得られた上記評価結果に基づいて、接ぎ合わせ条件（露光条件等）を試行錯誤により最適化して設定することにより、均一な接合部を有するパタン形成基板を製造することができる。

上記のような反射光の測定に基づく、反射率や反射光波長のばらつき幅の比較評価を簡略化して、目視による評価も簡易的に用いることができる。たとえば、連続凹凸格子パタンの平行方向もしくは直角から、入射角４５度以上で基板表面に可視光を入射し、反射光を観察する。この方法で、単位格子凹凸格子パタンの接合部が視認されないことが好ましい。

また、基板が酸化珪素など透明素材で形成されている場合には、基板表面を金属などの遮光性物質で平均２０ｎｍ程度被覆したのち、同様な方法で反射光を観察、評価することが好ましい。

このように、上記評価方法を用いることにより、パタンピッチに比べ非常に大きな面積にわたり、パタンの均一性を評価することが可能となり、パタン形成法を最適化することで一様な形状を有するパタン形成基板を得ることができる。

また、単位凹凸格子パタンの接合部の評価において、一枚の基板上に形成されたレジストに露光条件等を変えて複数の条件からなる凹凸格子形状を作製することにより、一枚の基板で複数の露光条件についてパタン接合部の均一性評価を行うこともできる。

以下、実施例により本発明を詳しく説明する。

本実施例では、ステッパの１ショット面積５×２０ｍｍ、ピッチ１３０ｎｍ、ライン・アンド・スペースパタンにおけるラインとスペースの比（Ｌ／Ｓ比）が６／４、高さが１５０ｎｍのパタンが連続的に広範囲に形成された直径３０ｃｍのシリコン基板を得た後、４つのショットが隣接し十字となる境界付近において反射光を測定した。

反射光の測定は、大塚電子株式会社製の反射分光膜厚計ＦＥ３０００（自動ステージ仕様）を用いて行った。測定条件は絶対反射率測定、測定モードはマニュアル、対物レンズを２５倍にした後、アルミニウムを参照としてベースラインを調整し、他の参照として反射率が既知のＢＫ７の反射率も測定し装置が正常であることを確認した。

次に、反射分光膜厚計のサンプルステージのＹ軸と凹凸格子形状の軸方向が平行となるようにシリコン基板を設置し、基板表面に測定フォーカスが一致するように高さを調節した。シリコン基板を設置し、基板表面に測定フォーカスが一致するように高さを調整した。この時の測定入射角は、サンプルに対し１０°〜２２°で、測定面積は８μｍφであった。

次に、測定モードをマッピングとして、４つのショットが隣接し十字となる境界を含むように測定点を３×３ｍｍの範囲にＸ軸４０箇所、Ｙ軸４０箇所ずつ合計１６００箇所設定し、ほぼ等間隔で反射光を測定した。

まず、測定器の自動ステージのＹ軸に凹凸格子形状が平行となるように設置し反射率を測定した結果を示す（図２）。これは、後述する比較例で、凹凸格子形状を作製した条件に対して、ショットの接ぎ合わせ条件を最適化させて作製した。シリコン基板の反射率を測定したところ、条件１（実施例）のシリコン基板の反射率は、波長３８０〜７８０ｎｍの範囲において波長で１０ｎｍ以内、反射率で０．７％以内のばらつき幅であった。

比較例として、別の接ぎ合わせ条件でシリコン基板に同様の形状を有する凹凸格子形状を形成し、反射率の測定を行った。測定器の自動ステージのＹ軸に凹凸格子形状が平行となるように設置し反射率を測定した結果（図３）も、条件２（比較例）のシリコン基板の反射率は、波長で２７ｎｍ、反射率で２．１％以上のばらつき幅がある箇所があった。

さらに、この２種のシリコン基板を用い紫外線硬化樹脂によりＰＥＴフィルム上に凹凸格子構造を転写した。転写したフィルムは３０°に傾斜をつけて凹凸構造面へ真空蒸着によりＡｌを平均厚み５０ｎｍ被覆した。

次に、このＡｌで被覆したワイヤグリッドフィルムを白色光源越しに透過光を観察した際の結果を表１に示す。

条件１で作製したサンプルでは、透過光のショット斑は視認できず均一な透過光であった。しかし、条件２のシリコン基板から作製したサンプルには、シリコン基板で視認できたショット斑に対応する透過斑が容易に視認できた。

本発明のパタン形成基板は、均一で連続したパタン形状を大面積で有し、ワイヤグリッド偏光板、反射防止構造、位相差板などの光学部品等に適用できる。

１００ 基板
１０１ レチクル

Claims (5)

1. ステッパにてレチクルのパタンを縮小した単位面積の微細パタンである単位ライン・アンド・スペースパタンを繰り返し露光法により接合して形成された連続微細パタンであって、ピッチ３００ｎｍ以下で高さが５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の連続凹凸格子パタンから構成され、
   前記連続凹凸格子パタンが形成された部分の最少外接円の直径が２０ｃｍ以上であり、
   前記連続凹凸格子パタンにおいて、前記連続凹凸格子パタンからの可視光領域の反射光波長のばらつき幅が２５ｎｍ以内であることを特徴とするパタン形成基板。
2. ステッパにてレチクルのパタンを縮小した単位面積の微細パタンである単位ライン・アンド・スペースパタンを繰り返し露光法により接合して形成された連続微細パタンであって、ピッチ３００ｎｍ以下で高さが５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の連続凹凸格子パタンから構成され、
   前記連続凹凸格子パタンが形成された部分の最少外接円の直径が２０ｃｍ以上であり、
   前記連続凹凸格子パタンにおいて、前記連続凹凸格子パタンからの可視光領域の反射率のばらつき幅が２％以内であることを特徴とするパタン形成基板。
3. 前記連続凹凸格子パタンの高さと幅および前記連続凹凸格子パタンのピッチのばらつきが、１０ｎｍ以下である請求項１または請求項２記載のパタン形成基板。
4. 前記基板が、シリコン又は酸化珪素からなる請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のパタン形成基板。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のパタン形成基板上のパタン、その複製パタンもしくは反転パタンを用いて、転写用樹脂によりフィルムやシート基材上に凹凸格子構造を転写したことを特徴とする光学フィルムもしくは光学シート。