(57)【要約】【課題】物理研磨の後に化学研磨を行う加工方法において、表面粗さの増大を抑制しつつ、加工傷を除去する。【解決手段】金属部品に形成された穴の内面を研磨する加工方法であって、内面に対し物理研磨を行う工程と、物理研磨が行われた内面に対し化学研磨を行う工程と、化学研磨が行われた内面において、所定の部分領域が発生したかを判定する工程と、を有し、部分領域は、金属部品に含まれるＮｉ成分が部分領域の周辺部と比較して２／３以下となる領域であり、部分領域が発生したと判定された場合に化学研磨を行う工程を終了する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属部品に形成された穴の内面を研磨する加工方法であって、
前記内面に対し物理研磨を行う工程と、
前記物理研磨が行われた前記内面に対し化学研磨を行う工程と、
前記化学研磨が行われた前記内面において、所定の部分領域が発生したかを判定する工程と、を有し、
前記部分領域は、前記金属部品に含まれるＮｉ成分が前記部分領域の周辺部と比較して２／３以下となる領域であり、前記部分領域が発生したと判定された場合に前記化学研磨を行う工程を終了することを特徴とする加工方法。
【請求項２】
前記金属部品は、ステンレスを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の加工方法。
【請求項３】
前記ステンレスは、ＳＵＳ３１６を含む、ことを特徴とする請求項２に記載の加工方法。
【請求項４】
前記部分領域は、前記金属部品に含まれるＦｅ成分が、前記周辺部よりも少ない領域である、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の加工方法。
【請求項５】
前記部分領域は、前記金属部品に含まれるＮｉ成分が前記周辺部と比較して１／２以上となる領域である、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の加工方法。
【請求項６】
前記物理研磨は、固形物を用いて前記内面を切削、摩耗、または、変形させることにより、前記内面に対し研磨を行う、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の加工方法。
【請求項７】
前記物理研磨は、磁性流体研磨、流体研磨、または、バフ研磨である、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の加工方法。
【請求項８】
前記化学研磨は、液体を用いて、前記内面を溶解することにより、前記内面に対し研磨を行う、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の加工方法。
【請求項９】
前記化学研磨は、アルカリ性または酸性の液体を用いる、ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の加工方法。
【請求項１０】
前記部分領域は、前記化学研磨により、粒界部がディンプル状に変化した際のディンプルの内側の領域であり、
前記周辺部は、前記ディンプルの外側の領域である、ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の加工方法。
【請求項１１】
前記部分領域が発生したかを判定する工程において、走査型電子顕微鏡を用いたエネルギー分散型Ｘ線分光法によって、表面から放出される二次電子または反射電子の検出量を比較することにより、前記部分領域が発生したかを判定する、ことを特徴する請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の加工方法。
【請求項１２】
前記金属部品の前記穴の直径は４ｍｍ以下である、ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の加工方法。
【請求項１３】
前記穴は、切削加工により形成される、ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の加工方法。
【請求項１４】
前記金属部品は、リソグラフィ装置に用いられる、ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の加工方法。
【請求項１５】
前記金属部品は、インプリント装置において、気体を供給するための配管として用いられる、ことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の加工方法。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の加工方法によって加工された金属部品を備えるリソグラフィ装置を用いて物品を製造する方法であって、
穴を介して、前記装置内に気体を供給する供給工程と、
前記気体が供給された装置内において、基板にパターンを形成する形成工程と、
前記形成工程において前記パターンが形成された前記基板を処理する処理工程と、を有し、
前記処理工程で処理された前記基板から物品を製造する、ことを特徴とする物品製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
加工方法、および、物品製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステンレス材で構成される穴の研磨において、Φ４ｍｍよりも大きい穴に対しては電解複合化学研磨をすることで平滑な面（Ｒａ０．０１μｍ程度）を得ることができる。しかし、電解複合化学研磨に用いる器具が入らない程に直径が小さい穴、例えば、Φ４ｍｍ以下の穴に対しては、電解複合化学研磨を行うことができない。このため、Φ４ｍｍ以下の小さな穴を研磨するには、バフ研磨、流体研磨、または、磁性流体研磨等の物理研磨によって研磨を行っていた。物理研磨を行う場合、砥粒によって、金属表面を削るため、金属表面には肉眼では見えない程の細かい加工傷が残ってしまう。
【０００３】
このような問題に対処する技術として、特許文献１では、バリが生じているヨーク部品に対し、バレル研磨工程及び磁気研磨工程を順次行い、仕上げに化学研磨を行っている。また、特許文献２では、円形ガラスの端面を、エッチングした後に研磨し、その後さらに第２のエッチングを行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３６６９４１５号
【特許文献２】特開２００８−２４５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
物理研磨の後に化学研磨を行う場合、物理研磨によって研磨された表面粗さが化学研磨によって増大することがある。特許文献１および２には、このような表面粗さの増大を抑制することについて、言及されていない。
【０００６】
本発明は、物理研磨の後に化学研磨を行う加工方法において、表面粗さの増大を抑制しつつ、加工傷を除去することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、金属部品に形成された穴の内面を研磨する加工方法であって、内面に対し物理研磨を行う工程と、物理研磨が行われた内面に対し化学研磨を行う工程と、化学研磨が行われた内面において、所定の部分領域が発生したかを判定する工程と、を有し、部分領域は、金属部品に含まれるＮｉ成分が部分領域の周辺部と比較して２／３以下となる領域であり、部分領域が発生したと判定された場合に化学研磨を行う工程を終了することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、物理研磨の後に化学研磨を行う加工方法において、表面粗さの増大を抑制しつつ、加工傷を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態に係る加工方法の各工程を示すフロー図である。
【図２】研磨結果の一例を示す図であるである。
【図３】ＳＥＭ／ＥＤＸの分析結果の一例を示す図である。
【図４】インプリント装置の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳しく説明する。
【００１１】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る加工方法の各工程を示すフロー図である。本実施形態は、金属部品などに形成された穴において、電解複合化学研磨に用いる器具が入らない程に直径が小さい穴、例えば、Φ４ｍｍ以下の穴の内面に対し研磨を行う際に適用することが可能である。本実施形態では、ステンレス、特にＳＵＳ３１６で形成された金属部品を例に説明するがこれに限られるものではなく、他のステンレスにも適用することができる。
【００１２】
まず、Ｓ１において、切削加工により、金属に穴を形成する。この穴の形成は、周知の方法で良く、完成形の穴の直径よりも小さな穴を形成できれば良い。
【００１３】
次に、Ｓ２において、Ｓ１において形成した穴の内面の表面の粗さを小さく、言い換えると、穴の内面の表面の凹凸を平滑化するために、穴の内面に対し物理研磨を行う。ここで、物理研磨は、砥粒などの粒状または粉末状である固形物や、バフなどの固形物を用いて金属の表面（本実施形態においては、穴の内面の表面）を切削、摩耗、または、変形させることにより、金属の表面に対し研磨を行うことをいう。
【００１４】
物理研磨の具体例としては、例えば、磁性流体研磨、流体研磨、バフ研磨などであるが、固形物を用いて物理的な力により、金属の表面の凹凸を研磨できれば良く、これらに限られるものではない。
【００１５】
物理研磨では、物理的な力により研磨を行うため比較的大きな凸凹を除去し、穴の内面を平滑化することができる。Ｓ２を実施することで穴の内面の比較的大きな凸凹は除去され、穴の内面の表面の粗さをＲａ０．０１μｍ程度までに研磨することができる。その一方で、物理的な力によって研磨を行うために、例えば、研磨砥粒起因の小さい凸凹（加工傷）が残ってしまう。この加工傷は、研磨対象となる金属自体から発生する発塵や塵のたまりとなる。特に、直径の小さい穴が形成された金属部品を気体や液体（流体）を流す配管部品に適用した場合、配管内に流体を流した時に、流体と一緒に塵が出てくる可能性がある。
【００１６】
そこで、Ｓ３において物理研磨が行われた穴の内面に対し化学研磨を行い、研磨砥粒起因の加工傷を除去する。ここで、化学研磨は、液体を用いて、金属の表面を溶解することにより、金属の表面に対し研磨を行うことをいう。この化学研磨には、例えば強アルカリ性または強酸性の液体を用いる。
【００１７】
化学研磨は、物理研磨によって研磨された穴の内面の粗さを増大させないために、物理研磨が行われた穴の内面に対し所定の部分領域が発生するまで行う。ここで所定の部分領域は、化学研磨が行われた面であって、金属部品に含まれるＮｉ成分が部分領域の周辺部と比較して２／３以下となる領域である（以下、単に部分領域という）。
【００１８】
具体的には、Ｓ２において、部分領域の周辺部と比較してＮｉ成分が２／３以下になる領域が粒界部に発生するまでの期間、化学研磨を行う。部分領域が粒界部に発生するようになると、粒界部はディンプル状に変化する特徴がある。
【００１９】
また、粒界部に部分領域が発生する期間を求めるために、Ｓ４において、走査型電子顕微鏡(ＳＥＭ)を用いて、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）によって表面から放出される二次電子または反射電子と検出を行う。
【００２０】
そして、Ｓ５において、Ｓ４において検出された検出量を比較する。具体的には、粒界部のディンプル状に変化した箇所、即ちディンプルの内側と、その周辺部、即ちディンプルの外側のＮｉ成分を比較し、ディンプルの内側のＮｉ成分が周辺部の２／３以下となっているか確認することで、部分領域が発生したかを判定する。部分領域が発生していない場合（Ｎｏ）、さらに化学研磨を行う。部分領域が発生している場合（Ｙｅｓ）、化学研磨を終了し、それまで行った化学研磨の合計期間を、Ｎｉ成分が２／３以下になる領域が発生する期間とする。
【００２１】
図２は、研磨結果の一例を示す図である。この例において、化学研磨期間の単位１が、通常条件で化学研磨を行う期間である。図示していないが、通常条件の期間、化学研磨を行う場合、加工傷は消えるが、同時に物理研磨によって研磨された穴の内面の表面の粗さが化学研磨によりＲａ０．０１μｍからＲａ０．１μｍ程度にまで増大してしまう。そこで、それよりも短い期間、化学研磨を行った結果を本図に示している。その結果、化学研磨期間は通常条件の１／３または２／３付近が、表面の粗さも増大させず、加工傷も消える条件であることがわかる。化学研磨期間が通常条件の１／１８の場合、表面の粗さは増大しないが、加工傷が除去されていない。化学研磨期間が通常条件の１／６の場合、加工傷は１／１８の場合と比較すると除去されているが、表面の粗さが増大している。
【００２２】
化学研磨期間が通常条件の１／３または２／３の場合、粒界の境界部分がディンプル状となる特徴を観察することができる。粒界の境界部分がディンプル状となると穴の内面の表面形状が崩れてくる。このため、研磨期間１／３と２／３とを比較すると、研磨期間１／３がディンプル状になっている部分が少なく、表面の形状の崩れが少なく優れている。
【００２３】
図３は、ＳＥＭ／ＥＤＸの分析結果の一例を示す図である。本図は、ディンプルの内側の領域と、ディンプルの外側と、をＳＥＭ／ＥＤＸ分析した結果を示している。表中、右側の列はディンプルの内側の結果を示している。左側の列は、ディンプルの外側、すなわち、周辺部の結果を示している。周辺部における分析結果は、化学研磨を行う前のステンレス（本実施形態では、ＳＵＳ３１６）の母材成分と同じになっている。両結果を比較すると、ディンプルの内側のＮｉ成分が、周辺部のＮｉ成分の２／３以下の約１／２になっているのがわかる。粒界部分でＮｉ成分が先に溶解したことで、表面の成分が変化している。
【００２４】
上述の通り、より長時間化学研磨を行うことで、穴の内面の表面形状が崩れ得る。よって、化学研磨を行う期間は、ディンプルの内側のＮｉ成分がディンプルの外側のＮｉ成分の２／３以下１／２以上となる期間であることが好ましい。つまり、部分領域は、Ｎｉ成分が周辺部と比較して２／３以下であって、１／２以上となる領域であることが望ましい。
【００２５】
Ｎｉ成分は、化学研磨期間に応じて変化するため、一度化学研磨の期間を決めてしまえば、毎回、ＳＥＭ／ＥＤＸ工程（Ｓ４）とその確認工程（Ｓ５）を実施しなくてもよい。物理研磨後に決められた期間化学研磨を行うことで、粒界部にＮｉ成分が２／３以下になる領域が発生し、表面の粗さの増大と形状の崩れを低減しつつ、物理研磨による加工傷を除去することができる。
【００２６】
＜第２実施形態＞
第１実施形態ではＮｉ成分の量に着目しているが、図３のＳＥＭ／ＥＤＸの分析結果をみると、ディンプルの内側において、Ｓｉ、ＭｏおよびＦｅ成分についても相対的に変化しているのがわかる。具体的には、ディンプルの内側のＳｉおよびＭｏ成分は、ディンプルの外側と比較すると相対的に増えている。すなわち、部分領域はＳｉおよびＭｏ成分が周辺部よりも多い。一方、Ｆｅの成分は相対的に減っている。すなわち、部分領域はＦｅ成分が周辺部よりも少ない。したがって、Ｓｉ、ＭｏまたはＦｅ成分に着目して化学研磨期間を決定することも可能である。
【００２７】
例えば、図１のフローのＳ５の後に、ディンプルの内側と、その周辺部、即ちディンプルの外側のＳｉ、ＭｏまたはＦｅ成分の量を比較する工程を設ける。そして、この工程において、ディンプルの内側のＦｅ成分の相対的な割合が、ディンプルの外側と比較すると相対的に減少している場合に、それまで行った化学研磨の合計期間を、化学研磨を行う期間とする。
【００２８】
また、この工程において、ディンプルの内側のＳｉまたはＭｏ成分が、ディンプルの外側と比較すると相対的に増加している場合に、それまで行った化学研磨の合計期間を、化学研磨を行う期間としても良い。
【００２９】
Ｎｉ成分に加えて、Ｓｉ、ＭｏまたはＦｅ成分にも着目することにより、化学研磨を行う期間の決定がさらに容易となる。
【００３０】
＜第３実施形態＞
上述の実施形態に係る加工方法により研磨された金属部品は、加工傷が少ないため気体や液体を流す配管部品に適用した場合に、気体や液体とともに塵を噴出する可能性を低減することができる。よって、このような加工方法により研磨された金属部品は、例えば、インプリント装置、露光装置、描画装置などのリソグラフィ装置に用いることができる。
【００３１】
図４は、インプリント装置の構成を示す概略図である。ここでは、インプリント装置を一例として、金属部品の使用例について説明する。インプリント装置１０は、半導体デバイスなどの物品の製造工程に使用されるリソグラフィ装置である。インプリント装置１０は、基板上に供給されたインプリント材と型のパターン領域とを接触させ（押印）、インプリント材に硬化用のエネルギーを与えることによりインプリント材を硬化させ、インプリント材から型を引き離す（離型）インプリント処理を行う。これにより、型のパターン領域の凹凸パターンが転写された硬化物のパターンが基板の上に形成される。
【００３２】
インプリント装置１０は、例えば、型保持部３と、基板保持部４と、材料供給部５と、硬化部６と、ガス供給部７と、インプリント装置１０の各部を制御し、装置の全体（動作）を制御する制御部８と、を備える。
【００３３】
型１は、矩形の外形を有し、石英など紫外線を透過させることが可能な材料で構成される。型１は、基板２に対向する面にパターン領域ＰＲを有する。基板２は、例えば、半導体（例えば、シリコン、化合物半導体）、ガラス、セラミックス、金属、樹脂等で構成される。
【００３４】
型保持部３は、型１を保持し、型１を位置決めする。基板保持部４は、基板２を保持し、基板２を位置決めする。型保持部３および基板保持部４は、型１と基板２とのＸＹ平面方向の相対位置、相対姿勢および相対傾きが変更されるように型１または基板２を駆動し、型１と基板２との相対位置の決定を行う。
【００３５】
材料供給部５は、基板２上に形成されたショット領域の上にインプリント材を供給（塗布）する。
【００３６】
硬化部６は、基板２のショット領域の上のインプリント材と型１のパターン領域ＰＲとが接触した状態で、型１を介して、インプリント材の硬化用のエネルギー（例えば、紫外線等の光）を供給あるいは照射することによってインプリント材を硬化させる。これにより、インプリント材の硬化物からなるパターンが形成される。
【００３７】
ガス供給部７は、型１と基板２との間の空間に置換ガスを供給し、型１と基板２との間の空間の気体を置換ガスに置換する。インプリント材を硬化させるときに型１とインプリント材との間に気泡が含まれると、気泡の箇所にはインプリント材が充填されず、硬化物のパターンに欠損が生じうる。ガス供給部７は、押印時に、型１とインプリント材との間の空間の気体を型１又はインプリント材に透過しやすい透過性ガスに置換する。なお、型１をインプリント材に接触させた際の圧力上昇により凝縮して液化する凝縮性ガスなどに置換してもよい。透過性ガスとしては、例えばヘリウムガス（Ｈｅ）が用いられ、凝縮性ガスとしては、例えばＰＦＰ（ペンタフルオロプロパン）が用いられる。
【００３８】
ガス供給部７は、ガス供給源７ａと、ガス制御部７ｂ、７ｃと、ガス供給路７ｄと、を含みうる。ガス供給源７ａは、置換ガスの供給源であり、ガスが充填されたタンクを備える、または、外部のガス供給源に接続されている。ガス制御部７ｂ、７ｃは、ガスの流量を制御する。ガス供給路７ｄは、型保持部３に保持された型１の周囲に設けられた複数の供給口７ｅからガスを放出可能に構成されている。ガス供給源７ａから供給されたガスは、ガス制御部７ｂ、７ｃによって流量が制御され、ガス供給路７ｄにより供給口７ｅから放出される。これにより、型１と基板２との間の空間に置換ガスが供給される。
【００３９】
上述の実施形態の加工方法により研磨された金属部品は、ガス供給路７ｄまたは供給口７ｅとして用いることができる。本実施形態の加工方法により研磨された金属部品は、上述の通り、加工傷が少ないため、配管内に置換ガスを流した際に、置換ガスとともにパーティクを噴出する可能性が低い。よって、インプリント装置内におけるパーティクルの発生を低減することができる。
【００４０】
なお、上記使用例は一例であってこれに限られるものではなく、その他気体や液体を流す配管部品として用いることができる。例えば、リソグラフィ装置内において、原版と基板との間の空間に対するパーティクルの侵入を抑制するエアカーテン形成するためのガスを供給するための配管や噴射ノズルに用いられても良い。
【００４１】
上述の加工方法により研磨された金属部品を適用することにより、リソグラフィ装置から製造される物品（例えば、半導体ＩＣ素子、液晶表示素子、ＭＥＭＳ等）にパーティクルが付着することを低減することができ、歩留まりが大幅に向上する。
【００４２】
（物品製造方法に係る実施形態）
本実施形態にかかる物品の製造方法は、例えば、半導体デバイス、表示デバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。例えば、物品として、電気回路素子、光学素子、ＭＥＭＳ、記録素子、センサ、或いは、型等である。電気回路素子としては、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＭＲＡＭのような、揮発性或いは不揮発性の半導体メモリや、ＬＳＩ、ＣＣＤ、イメージセンサ、ＦＰＧＡのような半導体素子等が挙げられる。型としては、インプリント用のモールド等が挙げられる。本実施形態の物品の製造方法は、上述の実施形態に係る加工方法により研磨された金属部品を備えるリソグラフィ装置（露光装置やインプリント装置、描画装置など）において、金属部品の穴を介して、装置内に気体を供給する。次に気体が供給された装置内において、基板に塗布された感光剤に原版のパターンを転写する。かかる工程でパターンが転写された基板を加工する。更に、かかる製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含む。基板は、ガラス、セラミックス、金属、半導体、樹脂等が用いられ、必要に応じて、その表面に基板とは別の材料からなる部材が形成されていてもよい。基板としては、具体的に、シリコンウエハ、化合物半導体ウエハ、石英ガラスなどである。
【００４３】
（その他の実施形態）
以上、本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明はこれらの実施の形態に限定されず、その要旨の範囲内において様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１    型
２    基板
３    型保持部
４    基板保持部
５    材料供給部
６    硬化部
７    ガス供給部
７ａ  ガス供給源
７ｂ  ガス制御部
７ｄ  ガス供給路
７ｅ  供給口
８    制御部
１０  インプリント装置
ＰＲ  パターン領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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