(57)【要約】【課題】  基板上に形成された加工対象層に所定幅のパターン溝を形成するとき、パターン溝の幅寸法を均一にすることができる溝用加工具およびその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】  ガラス基板上に設けられた半導体層に先端を押し付けながらガラス基板に対して相対移動させることにより、ガラス基板上に所定の幅寸法のパターン溝を形成するパターニング工具１において、パターニング工具１の先端部は、ガラス基板と当接する当接面２と、半導体層と接触するすくい面３と、すくい面３と所定角度θを挟んで形成されている逃げ面４を備え、前記すくい面に、前記すくい面を前記加工対象層に押し付けた状態における前記溝用加工具の幅方向である前記当接面の長手方向と直交する方向に複数の溝が平行に形成されている。これにより、パターニング工具１の幅Ｗ内に複数の亀裂を成形することができるため、パターン溝の幅の寸法を均一にすることができる。【選択図】          図１
2006123054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられた加工対象層に先端を押し付けながら前記基板に対して相対移動させることにより、前記基板上に所定の幅寸法のパターン溝を形成する溝用加工具において、
前記溝用加工具の先端部は、
前記基板と当接する当接面と、
前記溝用加工具を移動させる方向の後側に位置する逃げ面と、
前記逃げ面と所定角度を挟んで形成されているすくい面と
を備え、
前記すくい面に、前記すくい面を前記加工対象層に押し付けた状態における前記溝用加工具の幅方向である前記当接面の長手方向と直交する方向に複数の溝が平行に形成されていること
を特徴とする溝用加工具。
【請求項２】
前記当接面の長手方向の長さである前記溝用加工具の先端部の幅を１０〜２００μｍ、前記溝用加工具の前記逃げ面と前記すくい面とのなす角度である前記所定角度を４５〜１２０°、前記すくい面の前記溝の幅を１〜２０μｍ、前記溝の深さを１〜５μｍとすること
を特徴とする請求項１に記載の溝用加工具。
【請求項３】
基板上に設けられた加工対象層に所定の幅寸法のパターン溝を形成する溝用加工具の製造方法において、
前記パターン溝とは逆形状の複数の溝部を有し、前記溝部上に金属膜が形成された転写具に、ダイヤモンドにより形成された溝用加工具の無形状のすくい面を押し付けた状態で、前記転写具と前記溝用加工具とを相対移動させ、前記転写具に形成されている表面形状を前記すくい面に転写すること
を特徴とする溝用加工具の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に設けられた加工対象層にパターニングを行う溝用加工具およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、基板にパターニングを行う方法としてエッチング加工等があり、たとえば特許文献１にその方法が開示されている。
すなわち、シリコン基板上にゲート絶縁膜を熱酸化により形成し、次に前記ゲート絶縁膜上に不純物Ｐ（リン）を含む多結晶シリコン膜を減圧ＣＶＤ法により形成する。続いて、多結晶シリコン膜に対してＲＩＥ方式のドライエッチングを行い、次にゲート絶縁膜に対してウェットエッチングを行い、そして再びシリコン基板に対してＲＩＥ方式のドライエッチングを行うことにより開口することができるためパターニングを行うことができる。
【０００３】
また、基板にパターニングを行う他の方法として工具による加工もある。
たとえば、同一絶縁基板上で、非晶質半導体太陽電池を直列接続させるために、透明電極膜、非晶質半導体膜又は金属電極膜を形成した後に、それぞれの薄膜に要求されるパターンに応じて、工具により縁切りが必要な箇所を溝状にスクライブする、すなわち薄膜にパターン溝を形成する方法である。
【０００４】
図８に示すように、この使用する工具、すなわちパターニング工具４１は、先端に幅Ｗのダイヤモンド又は超硬合金製の刃が設けられており、表面にパターニング対象の薄膜が形成された基板と当接する当接面４２と、工具を移動させる方向（以下、工具送り方向という）Ｘに対して後方に位置する逃げ面４４と、この逃げ面４４と所定角度θを挟んで形成され工具送り方向Ｘに対して前方に位置する無形状のすくい面４３とを有している。
【０００５】
そして、上記パターニング工具４１を工具送り方向Ｘへ移動させることにより基板上の薄膜にパターン溝を形成するに際し、それぞれの薄膜に加える工具先端部の荷重を、ダイヤモンド製の刃を有する工具の場合は、透明導線膜について５０〜３００ｇ、非晶質半導体膜について４０〜５００ｇ、金属電極膜について４０〜５００ｇとし、超硬合金製の刃を有する工具の場合は、透明導線膜について４０〜４００ｇ、非晶質半導体膜について２０〜３００ｇ、金属電極膜について４０〜２００ｇに各々設定し、上記範囲の一定の荷重を加えながら薄膜にパターン溝を形成している。
【特許文献１】特開平３−２２２４１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記従来の構成によると、パターニング工具４１の無形状のすくい面４３を工具送り方向Ｘに移動させてパターニングする際、図９に示すように、パターニング工具４１の先端の両端部に応力が集中してパターニング工具４１の両端部を起点に薄膜５１の結晶粒界に沿って亀裂５２が発生し、パターニング工具４１の幅Ｗに匹敵する大きさの加工屑５３を排出するため、幅Ｗ以上に剥離が生じ、パターン溝５４の幅寸法が不揃いとなる問題が生じる。
【０００７】
そこで本発明は、基板上に形成された加工対象層に所定幅のパターン溝を形成するとき、前記パターン溝の幅寸法を均一にすることができる溝用加工具およびその製造方法を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記した目的を達成するために、本発明の請求項１記載の発明は、基板上に設けられた加工対象層に先端を押し付けながら前記基板に対して相対移動させることにより、前記基板上に所定の幅寸法のパターン溝を形成する溝用加工具において、前記溝用加工具の先端部は、前記基板と当接する当接面と、前記溝用加工具を移動させる方向の後側に位置する逃げ面と、前記逃げ面と所定角度を挟んで形成されているすくい面とを備え、前記すくい面に、前記すくい面を前記加工対象層に押し付けた状態における前記溝用加工具の幅方向である前記当接面の長手方向と直交する方向に複数の溝が平行に形成されていることを特徴としたものである。
【０００９】
また、請求項２記載の発明は、請求項１に記載の発明であって、前記当接面の長手方向の長さである前記溝用加工具の先端部の幅を１０〜２００μｍ、前記溝用加工具の前記逃げ面と前記すくい面とのなす角度である前記所定角度を４５〜１２０°、前記すくい面の前記溝の幅を１〜２０μｍ、前記溝の深さを１〜５μｍとすることを特徴としたものである。
【００１０】
そして、請求項３記載の発明は、基板上に設けられた加工対象層に所定の幅寸法のパターン溝を形成する溝用加工具の製造方法において、前記パターン溝とは逆形状の複数の溝部を有し、前記溝部上に金属膜が形成された転写具に、ダイヤモンドにより形成された溝用加工具の無形状のすくい面を押し付けた状態で、前記転写具と前記溝用加工具とを相対移動させ、前記転写具に形成されている表面形状を前記すくい面に転写することを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の溝用加工具は、すくい面に、すくい面を加工対象層に押し付けた状態における溝用加工具の幅方向である当接面の長手方向と直交する方向に複数の溝が平行に形成され、溝用加工具の先端部に複数の亀裂を成形することができるため、パターン溝の幅寸法が均一となり、加工対象層における剥離の発生を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施の形態における溝用加工具およびその製造方法について、図面を参照しながら説明する。
図１において、１は、基板上に形成された半導体層（加工対象層の一例）１３（後述する）に所定幅のパターン溝１６（後述する）を形成するパターニング工具（溝用加工具の一例）であり、このパターニング工具１は、その先端部が、ガラス基板（基板の一例）１１（後述する）と当接する当接面２と、パターニング工具１を移動させる方向（以下、工具送り方向という）Ｘの後側に位置する逃げ面４と、この逃げ面４と所定角度θを挟んで形成され、半導体層１３と接触するすくい面３とを有し、このすくい面３には、すくい面３を半導体層１３に押し付けた状態におけるパターニング工具１の幅方向である当接面２の長手方向と直交する方向（以下、工具送り方向という）Ｘに半円形状の４つの溝５がそれぞれ平行に形成されており、各半円形状の溝５の各端部には突起部６（図１では溝が４つであるため、５つの突起部６）が形成されて、それら突起部６により５つ（複数）の応力集中点７が形成されることとなる。
【００１３】
なお、パターニング工具１の先端部の幅をＷ、各突起部６間の間隔、すなわち溝５の幅を突起ピッチＰ、突起部６の高さ、すなわち溝の深さを突起深さＤとすると、幅Ｗが１０〜１００μｍのパターニング工具１においては、上記所定角度θは４５〜１５０°、突起ピッチＰは１〜２０μｍ、突起深さＤは１〜５μｍとしている。
【００１４】
次に、上記パターニング工具１の製造方法を説明する。例えばダイヤモンドで形成されたパターニング工具１の製造方法としては、主に次に示す方法がある。
（第１の製造方法）
まず、図２に示す転写具２５を形成する。すなわち、上記溝５と突起部６の逆パターンである突起深さＤの溝部２３および突起ピッチＰの突部２４が表面に形成されたマスター部（基板の一例）２１を、単結晶ダイヤモンド工具により切削加工が可能な、例えばニッケルメッキ層のように高精度に加工を行うことができる材質で形成し、続いてこのマスター部２１の上面に、モリブデンのようなダイヤモンドと反応性の高い金属膜２２を製膜して転写具２５を形成する。
【００１５】
次に、図２および図４に示すように、まずマスター部２１に製膜された金属膜２２に、逃げ面４を鉛直方向から角度β傾斜させた状態でパターニング工具１の先端部に形成された無形状のすくい面３を押し付ける。なお、角度βは、９０°から所望の角度θを除いた角度となる。
【００１６】
そして、すくい面３を金属膜２２に押し付けた状態で、工具送り方向Ｘにパターニング工具１を相対移動させ、摩擦によりパターニング工具１のすくい面３を磨耗させる。
これにより、転写具２５に形成されている表面形状、すなわち上記溝５と突起部６の逆パターンである溝部２３および突部２４をパターニング工具１の先端部に形成されたすくい面３に転写することができるため、すくい面３に所望の溝５および突起部６を形成することができる。
（第２の製造方法）
次に、上述した第１の方法により形成されたパターニング工具１のすくい面３とは異なる形状で、応力集中点が複数存在するパターニング工具の製造方法について説明する。
【００１７】
まず、図３に示す転写具３６を形成する。すなわち、基板３１の上面に所定間隔Ｐ´おきに厚さＤ´、幅Ｍに形成された矩形板状のレジストにより複数のレジストパターン３２を形成し、その上面にダイヤモンドが磨耗しやすくなるように炭化物を生成するモリブデンのようなダイヤモンドと反応性の高い金属膜３３を半円形状に製膜することにより転写具３６を形成する。上記レジストパターン３２を形成するレジスト材料には、金属膜３３と基板３１の付着力よりレジストパターン３２と基板３１の付着力が弱い樹脂または硫酸バリウムなどの無機材料の粉体が選択される。
【００１８】
次に、図３および図４に示すように、まず基板３１に製膜された金属膜３３に、逃げ面４を鉛直方向から角度β傾斜させた状態でパターニング工具１の先端部に形成された無形状のすくい面３を押し付ける。なお、角度βは、９０°から所望の角度θを除いた角度となる。
【００１９】
続いて、すくい面３を金属膜３３に押し付けた状態で、応力をかけて工具送り方向Ｘにパターニング工具１を相対移動させる。このとき、金属膜３３と基板３１との間にレジストパターン３２が介在しない箇所では、金属膜３３と基板３１の界面の付着力が大きく、パターニング工具１への加工抵抗が大きくなるため、すなわち金属膜３３の剥離抵抗が大きくなりパターニング工具１への加工抵抗が大きくなるため、パターニング工具１と金属膜３３の接触部分に強い摩擦が生じることとなる。このとき、接触部分は微視的にみると高温となり、金属膜３３とダイヤモンドの反応により炭化物の生成が促進されるため、ダイヤモンド、すなわちパターニング工具１の磨耗は大きくなる。また、金属膜３３と基板３１との間にレジストパターン３２が介在する箇所では、レジストパターン３２と基板３１の界面の付着力が小さく、パターニング工具１への加工抵抗が小さくなる、すなわちレジストパターン３２とともに金属膜３３の剥離抵抗が小さくなりパターニング工具１への加工抵抗が小さくなる。このため、パターニング工具１と金属膜３３は接触するが摩擦力が小さくなり、ダイヤモンド、すなわちパターニング工具１の磨耗は小さくなる。
【００２０】
これにより、金属膜３３と基板３１との間にレジストパターン３２が介在しない箇所では、パターニング工具１のすくい面３の磨耗が促進されるため、突起深さＤ´の溝３４が形成され、またレジストパターン３２が介在する箇所では、パターニング工具１のすくい面３の磨耗が抑制されるため、突起ピッチＰ´の突起部３５が形成される。このように、転写具３６に形成されている表面形状、すなわちレジストパターン３２の形状をパターニング工具１の先端部に形成されたすくい面３に転写することができ、図５に示すように、すくい面３に突起深さＤ´の凹形状の溝３４および突起ピッチＰ´の凸形状の突起部３５を形成することができるため、凸形状の突起部３５により複数の応力集中点３７が形成されることとなる。
【００２１】
以下に、第１の製造方法により形成されたパターニング工具１によるパターン溝の形成加工方法を説明する。
図６および図７に示すように、半導体層１３はガラス基板１１上の金属膜（電極層の一例）１２の上面に形成されており、金属膜１２を破壊あるいは塑性変形させない応力で、且つガラス基板１２における鉛直方向からすくい面３をすくい角α傾斜させて、上述した転写具２５によりすくい面３に溝５および突起部６が形成されたパターニング工具１を上方から降下させる。そして、パターニング工具１の当接面２とガラス基板１１上の金属膜１２とを当接させた後、パターニング工具１にかかる垂直応力を一定に保った状態で、工具送り方向Ｘにパターニング工具１を移動させて半導体層１３をパターニングし、パターン溝１６を形成する。
【００２２】
上記すくい面３は、すくい角αの最適値は半導体層１３の膜厚、半導体層１３と金属膜１２の付着強度等によって変化させており、通常はすくい角αは（−６０）〜６０°の間としている。なお、図６におけるすくい角αは負の角となっている。
【００２３】
ここで、パターニング工具１は垂直応力一定で金属膜１２を押し付けているため、たとえばガラス基板１１に反りがあった場合でも、当接面２で金属膜１２を摩擦しながら工具送り方向Ｘにパターニング工具１を移動させることができ、したがって金属膜１２と半導体層１３の界面で半導体層１３を剥離除去することができる。
【００２４】
そして、半導体層１３をパターニングしていく際、パターニング工具１を工具送り方向Ｘに移動させていくと、すくい面３に設けられた５つの突起部６、すなわち各応力集中点７を起点として半導体層１３に複数の亀裂１４を生じさせることができる。
【００２５】
このように、これらの亀裂１４は、それぞれ近接した位置で発生し、すくい面３近傍で繋がり、突起ピッチＰ以下の加工屑１５として排出することができるため、幅寸法が均一なパターン溝１６を形成することができる。
【００２６】
以上のように実施の形態によれば、パターン溝１６を形成するとき、すくい面３に複数の応力集中点７が設けられていることにより、パターニング工具１の幅Ｗ内に複数の亀裂１４を成形することができ、亀裂１４の発生位置を制御して加工単位を小さくすることができるため、パターン溝１６の幅寸法を均一とすることができ、したがって半導体層１３における剥離の発生を低減することができる。
【００２７】
また、実施の形態によれば、転写したい形状、すなわち溝５と突起部６の逆パターンである溝部２３と突部２４が表面に形成された転写具２５に対して工具送り方向Ｘにパターニング工具１を相対移動させることにより、無形状のすくい面３に所望の溝５および突起部６を形成することができ、容易に所望の溝５および突起部６を有するパターニング工具１を製造することができる。
【００２８】
なお、上記実施の形態では、すくい面３に４つの溝５を形成することにより応力集中点７として５つの突起部６が形成されていたが、これに限るものではなく、すくい面３に複数の突状部材等を設けて複数（５つに限ることはない）の応力集中点７を設けてもよい。
【００２９】
また、上記実施の形態では、パターニング工具１を形成する際、マスター部２１の表面に溝部２３と突部２４が形成された転写具２５、および基板３１の表面にレジストパターン３２が形成された転写具３６にパターニング工具１の無形状のすくい面３を押し付けた状態で、工具送り方向Ｘに相対移動させていたが、工具送り方向Ｘと逆方向に移動させてもよい。
【００３０】
また、上記実施の形態のパターン溝の形成加工方法では、第１の製造方法により形成されたパターニング工具を用いてパターン溝の形成を行っていたが、第２の製造方法によって形成されたパターニング工具を用いても、パターニング工具１の幅Ｗ内に複数の亀裂を成形することができ、亀裂の発生位置を制御して加工単位を小さくすることができるため、パターン溝の幅寸法を均一とすることができ、したがって半導体層における剥離の発生を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態における第１の製造方法により製造されたパターニング工具の斜視図である。
【図２】同パターニング工具の第１の製造方法の斜視図である。
【図３】同パターニング工具の第２の製造方法の斜視図である。
【図４】同パターニング工具の製造方法の側面図である。
【図５】同第２の製造方法により製造されたパターニング工具の斜視図である。
【図６】同パターニング工具によるパターニング加工中の側面図である。
【図７】同パターニング工具によるパターニング加工中のすくい面の突起部と半導体層との接触状態を表わした概略図である。
【図８】従来のパターニング工具の斜視図である。
【図９】従来のパターニング工具によるパターニング加工中のすくい面の突起部と半導体層との接触状態を表わした概略図である。
【符号の説明】
【００３２】
１        パターニング工具（溝用加工具）
２        当接面
３        すくい面
４        逃げ面
５        溝
６        突起部
７        応力集中点
１１      ガラス基板（基板）
１２      金属膜（電極層）
１３      半導体膜（加工対象層）
１６      パターン溝
２１，３１      基板
２２，３３      金属膜
２３，２４      溝部
２５，３６      転写具
３２      レジストパターン
Ｗ        幅
Ｄ，Ｄ´        突起深さ（突起部の高さ、または溝の深さ）
Ｐ，Ｐ´        突起ピッチ（突起部間の間隔、または溝の幅）
α        すくい角
【図１】
2006123054.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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