(57)【要約】【課題】チッピングによるクラックの寸法を低減し、基板表面への異物の付着を抑制することが可能な加工方法を提供する。【解決手段】基板１０上に保護膜１４を形成する工程と、保護膜１４を選択的に除去し、加工領域１６として基板１０の表面の一部を露出する工程と、加工領域１６の基板１０の上部を４００ｎｍ以上、かつ１０００ｎｍ以下の深さで除去して、算術平均粗さＲａが３０ｎｍ以上、かつ５００ｎｍ以下の範囲となるように粗化加工する工程と、加工領域１６においてブレード２０を用いて基板１０に溝２２を形成する工程とを含む加工方法である。【選択図】図１４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に保護膜を形成する工程と、
前記保護膜を選択的に除去し、加工領域として前記基板の表面の一部を露出する工程と、
前記加工領域の前記基板の上部を４００ｎｍ以上、かつ１０００ｎｍ以下の深さで除去して、算術平均粗さＲａが３０ｎｍ以上、かつ５００ｎｍ以下の範囲となるように粗化加工する工程と、
前記加工領域においてブレードを用いて前記基板に溝を形成する工程
とを含むことを特徴とする加工方法。
【請求項２】
前記基板が、石英ガラスであることを特徴とする請求項１に記載の加工方法。
【請求項３】
前記保護膜が、樹脂膜であることを特徴とする請求項１又は２に記載の加工方法。
【請求項４】
前記加工領域が、少なくともドライエッチング、ウェットエッチング、及び砥粒加工のいずれか一つを用いて粗化加工されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の加工方法。
【請求項５】
互いに対向する前記加工領域と前記溝の端部間の距離が、3μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の加工方法。
【請求項６】
基板表面の複数のパターン領域のそれぞれにパターンを形成する工程と、
前記基板上に保護膜を形成する工程と、
前記複数のパターン領域を分離するように前記複数のパターン領域の間の前記保護膜を選択的に除去し、加工領域として前記基板の表面の一部を露出する工程と、
前記加工領域の前記基板の上部を４００ｎｍ以上、かつ１０００ｎｍ以下の深さで除去して、算術平均粗さＲａが３０ｎｍ以上、かつ５００ｎｍ以下の範囲となるように粗化加工する工程と、
前記加工領域においてブレードを用いて前記基板を切断する工程
とを含むことを特徴とするインプリントモールドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブレードを用いた基板の加工方法及びインプリントモールドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置、半導体装置等の製造では、基板上に素子を形成した後、ダイシング等の切断工程が実施される。この切断工程では、切断したラインの付近で基板のチッピングによりクラックが発生する。クラックの発生は微小片の発生、すなわち異物の発生と同義であり、基板表面への異物の付着の原因になる。また、クラックは、基板に外力が加わった際に破損の起点となるため、回避しておきたい要因である。しかし、素子が形成される基板表面は通常は鏡面であるため、切断時の応力が基板表面に伝播しやすい。そのため、チッピングの低減には限界がある。
【０００３】
また、異物付着の回避方法としては、切断時に大量の水を流してやることで、基板表面への異物付着を防止するのが一般的である。しかし、切削水を流しても、表面に付着する異物は完全には抑えきれない。また、切断から洗浄へと移行する際、表面が乾燥してしまうと、異物は除去が更に困難となる。
【０００４】
また、切断時の異物付着の問題は、ＭＥＭＳ装置や半導体装置等の製造のみではない。上記の問題は、ナノスケールパターンを転写するインプリントリソグラフィ用モールド（以下において、インプリントモールドと称す。）を作製する場合でも起きる。現在、インプリントモールドの製造には、通常のフォトマスクの製造ラインを使用して、モールド基板を加工する方法が一般的である。この場合、インプリントモールドは最終的にモールド基板の切断工程を経て製造される。
【０００５】
インプリントモールドで転写するパターンは、表面の微小な凹凸により構成されているため、表面への異物の付着は避けなければならない。そのため、インプリントモールド製造においてもチッピング対策を講じる必要がある。
【０００６】
半導体装置を製造するシリコン（Ｓｉ）基板のチッピングを防ぐ方法として、レーザーによる改質層形成を利用したダイシングが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。まず、Ｓｉ基板内部の局所的な箇所にレーザーのスポットが形成されるようにする。このように調整したレーザーを目的の切断線に沿って当て、Ｓｉ基板内部に改質層を形成する。目的の切断線に沿って改質層を形成した後、例えばテープエキスパンドを行うと、形成された改質層を起点とし、Ｓｉ基板が切り離される。
【０００７】
上記の方法ならばチッピングは出にくい。しかし、この方法では、Ｓｉ基板しか切断できない。例えば、ＭＥＭＳ装置の場合、薄い基板で素子を形成した後、複数の基板を接合させ、積層させた構造とする例がある。このような積層構造を有するＭＥＭＳ装置では、レーザーによるダイシングで切断するのは困難である。
【０００８】
また、インプリントモールドの場合、曲げに強いことが求められるため、厚みが必要とされている。よって、加工対象物のシリコン、ガラス基板等は、例えば約６ｍｍと厚い。一方、レーザーのスポットをあわせる深さに限界がある。すなわち、切断可能な厚さに制限があり、一般に約３００μｍまでである。またこの方法では現在、ガラスを切断することは出来ない。このように、インプリントモールドの場合、レーザーによる改質層の形成が浅く、切断することが困難となる。
【０００９】
チッピングを抑制する他の方法として、ダイシング領域の基板表面を粗化加工して切断するものがある（例えば、特許文献２参照）。また、チッピング防止膜の間に露出した基板表面において、予め第１のブレードにより溝を形成し、その後その溝幅より小さな幅の第２のブレードにより基板を切断する提案がある（例えば、特許文献３参照。）。
【００１０】
特許文献２に示されたように、ダイシング領域表面の粗化加工により、チッピングサイズ及びチッピングの発生数を減少させ、かつチッピングによるクラックの寸法を小さくすることができる。しかし、チッピングに起因する異物の付着を防止することはできない。
【００１１】
特許文献３では、基板表面に溝を形成する第１のブレードの砥粒の平均粒径を第２のブレードに比べて小さくしてある。そのため、基板表面でのチッピングによるクラックの寸法を小さくすることができる。しかし、ブレードの幅に対してチッピング防止膜の幅が大きいため、切断対象とする基板が露出している面を有することになる。そのためクラックの大きさはこの幅以下に低減することが困難である。また、第２のブレードで切断するときのチッピングによるクラック発生を防止することはできない。
【００１２】
チッピングに対処する方法として、基板を切断後に、例えば、発生したチッピングの箇所をドライエッチングで小さくするという方法がある（例えば、特許文献４参照。）。また、他にもごく一般的な方法として、切断した後に面取り（ベベリング）を行う方法や、切断後にチッピングが発生した面を研磨する方法等もある。これらの方法のように、切断後にエッチングや研削加工によりチッピングを削り込むことで、切断時に発生したチッピングは小さくすることが可能である。その結果、同時にチッピング箇所を起点とした欠けは発生しにくくなる。これらの方法は切断後の処理としては非常に有効である。しかし、このような切断後の処理方法では、切断時のチッピングの発生を抑制することはできない。
【特許文献１】特許第３４０８８０５号公報
【特許文献２】特開２００５−３２９６９２号公報
【特許文献３】特開２００５−２４３９４７号公報
【特許文献４】特開２００５−３２２７３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、チッピングによるクラックの寸法を低減し、基板表面への異物の付着を抑制することが可能な加工方法及びインプリントモールドの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の態様によれば、（イ）基板上に保護膜を形成する工程と、（ロ）保護膜を選択的に除去、加工領域として基板の表面の一部を露出する工程と、（ハ）加工領域の基板の上部を４００ｎｍ以上、かつ１０００ｎｍ以下の深さで除去して、算術平均粗さＲａが３０ｎｍ以上、かつ５００ｎｍ以下の範囲となるように粗化加工する工程と、（ニ）加工領域においてブレードを用いて基板に溝を形成する工程とを含む加工方法が提供される。
【００１５】
本発明の第２の態様によれば、（イ）  基板表面の複数のパターン領域のそれぞれにパターンを形成する工程と、（ロ）基板上に保護膜を形成する工程と、（ハ）複数のパターン領域を分離するように複数のパターン領域の間の保護膜を選択的に除去し、加工領域として基板の表面の一部を露出する工程と、（ニ）加工領域の基板の上部を４００ｎｍ以上、かつ１０００ｎｍ以下の深さで除去して、算術平均粗さＲａが３０ｎｍ以上、かつ５００ｎｍ以下の範囲となるように粗化加工する工程と、（ホ）加工領域においてブレードを用いて基板を切断する工程とを含むインプリントモールドの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、チッピングによるクラックの寸法を低減し、基板表面への異物の付着を抑制することが可能な加工方法及びインプリントモールドの製造方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下図面を参照して、本発明の形態について説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号が付してある。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１８】
本発明の実施の形態に係る加工方法の説明に用いるインプリントモールドは、図１及び図２に示すように、基板１０表面にパターン領域１２を有する。パターン領域１２には、ラインアンドスペース（Ｌ／Ｓ）、ドット、ピラー、及びホール等のパターンが配置される。パターン形状は、基板１０表面に対して凹型でも凸型でもよい。また、パターンのピッチやアスペクト比（溝深さと開口幅の比の値）は限定されず任意である。
【００１９】
光インプリントリソグラフィの場合、基板１０として、例えば厚さが６ｍｍ〜７ｍｍ程度の石英ガラス、耐熱ガラス、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）、及びフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）等の透明材料や、これら透明材料の積層構造が用いられる。熱インプリントリソグラフィの場合、基板１０として、炭化シリコン（ＳｉＣ）、Ｓｉ、ＳｉＣ／Ｓｉ、酸化シリコン（ＳｉＯ２）／Ｓｉ、及び窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）／Ｓｉ等が用いられる。また、タンタル（Ｔａ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、及びタングステン（Ｗ）等の金属基板であってもよい。
【００２０】
インプリントモールドの製造では、例えば、石英などの基板上に複数のパターン領域を形成した後にブレードを用いて各パターン領域を切り離す切断加工が行われる。図３に示すように、ブレードを用いて切断のための溝２２を基板１０に形成すると、溝２２に沿った基板１０表面にチッピングによりクラック２４が発生する。なお、本明細書ではクラック２４の寸法Ｌを、図３においてクラック２４が発生した溝２２の端部から基板１０表面で溝２２に直交する方向のクラック２４の稜線までの最長の距離と定義して、以下の議論を進める。
【００２１】
インプリントリソグラフィにおいては、インプリントモールドを被転写膜に押し付けてパターン領域１２のパターンを転写する。したがって、基板１０に発生したクラックは、基板１０に力が加えられた時に破損の基点となる。また、発生した異物がパターン領域１２に付着すると、忠実なパターンの転写ができない。そのため、切断加工により生じるクラックの寸法は小さくし、異物の発生を抑制することが望ましい。
【００２２】
上述したようにブレードにより加工溝を形成する際に、基板１０の表面に応力が発生する。その際、例えば、図４に示すように、基板１０の表面３０が鏡面の場合、表面３０を伝播する応力をさえぎるものが無いため、チッピングによるクラック２４の寸法Ｌａは大きくなりやすい。一方、本発明の実施の形態では、図５に示すように、加工溝を形成する前に表面３０の最初の水平レベルから深さＤまで基板１０を除去して表面３０ａを粗化加工する。この場合、表面３０ａを伝播する応力が微小凹凸で吸収されて止まる。結果としてチッピングによるクラックの寸法Ｌｂは小さくなる。
【００２３】
例えば石英ガラス基板の加工領域を、ドライエッチングによりＤ＝約６００ｎｍ除去して基板表面を粗化加工し、回転数約４００００ｒｐｍ、送り速度約３ｍｍの条件でブレードにより溝加工を行うことが可能である。その場合、表面粗さとクラック寸法及び異物個数の関係を調べれば以下のようになる。表面粗さは、例えば原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により測定すればよい。本明細書では表面粗さとして、ＪＩＳＢ０６０１-１９９４で定義される算術平均粗さＲａを用いて説明する。また、基板表面に付着した異物個数は、異物検査機により、０．５μｍ〜１μｍ（以下、１μｍと記す。）、及び１μｍ〜５μｍ（以下、５μｍと記す。）の水準で検査するとする。
【００２４】
図６及び図７は、表面粗さＲａとクラック寸法の関係を示す。図６及び図７からクラックの寸法の最大値及び平均値は共に、表面粗さＲａが約３０ｎｍまで増加すると急激に減少することがわかる。表面粗さＲａが約３０ｎｍ以上で、クラックの寸法の最大値及び平均値は共に約３μｍ以内に低減する。
【００２５】
図８は、表面粗さＲａと異物個数の関係を示す。図８に示すように、基板表面で検出された５μｍ水準の異物は、表面粗さＲａが約５００ｎｍを越えると、個数が１００以上に急増することがわかる。また、検出された１μｍ水準の異物は、表面粗さＲａが約３００ｎｍを越えると、個数が３００以上に急増することがわかる。表面粗さＲａが過度に増大すると、表面の凹凸が加工時の異物発生の原因となるためである。
【００２６】
このように、クラックの寸法を低減するためには、基板の表面粗さＲａは３０ｎｍ以上であることが望ましいことがわかる。また、基板表面に付着する異物を低減するためには、基板の表面粗さＲＡは５００ｎｍ以下であることが望ましく、更に３００ｎｍ以下であることが望ましいことがわかる。
【００２７】
図９は、基板表面の粗化加工の深さとクラックの寸法の関係を示す。図９に示すように、クラック寸法の最大値及び平均値は、粗化加工の深さが約３００ｎｍ〜約４００ｎｍの間で急激に低減することがわかる。深さが約４００ｎｍ以上では、クラック寸法はほぼ一定となっている。このように、粗化加工の深さは、４００ｎｍ以上であることが望ましいことがわかる。粗化加工をドライエッチングやウェットエッチング等により行なうためには、そのエッチング条件は、通常エッチングが困難となる条件を用いることになる。したがって、粗化加工を深くすると、加工時間は長くなる。そのため、実用的には、粗化加工の深さは、約１０００ｎｍ以下が望ましい。
【００２８】
次に、本発明の実施の形態に係る加工方法を、図１及び図２に示したインプリントモールドの製造方法を例として、図１０〜図１５を用いて説明する。ここで、図１２〜図１４は、図１１に示したＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【００２９】
（イ）図１０に示すように、フォトリソグラフィ及びドライエッチング等により基板１０表面の複数のパターン領域１２のそれぞれにパターンを形成する。基板１０には透明基板、例えば、厚さが約６．３５ｍｍの石英基板等が用いられる。
【００３０】
（ロ）図１１及び図１２に示すように、基板１０表面にレジスト等の保護膜１４を塗布する。フォトリソグラフィ等により保護膜１４を選択的に除去して幅Ｗｄの加工領域１６を形成する。加工領域１６は、独立した複数のパターン領域１２に分割されるように十字型に形成する。
【００３１】
（ハ）図１３に示すように、保護膜１４をマスクとして、ドライエッチング等により加工領域１６の表面を粗化加工する。粗化加工により、加工領域１６の表面粗さを約３０ｎｍ以上、かつ約５００ｎｍ以下の範囲、例えば約５０ｎｍとする。エッチング深さＤは、約４００ｎｍ以上、かつ約１０００ｎｍ以下、例えば約６００ｎｍである。エッチングガスとしては、例えば、四フッ化炭素（ＣＦ４）、六フッ化二炭素（Ｃ２Ｆ６）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３）等が用いられる。
【００３２】
（ニ）図１４に示すように、幅がＷｂのブレード２０により加工領域１６に溝２２を形成する。ブレード２０の幅Ｗｂは、加工領域１６の幅Ｗｄよりも狭い。具体的には、互いに対向する加工領域１６と溝２２の端部間の距離が、予め予備実験で求めたクラック寸法の最大値よりも大きくなるように幅Ｗｄ、Ｗｂを決定する。例えば、図８及び図９に示すように、表面粗さＲａが約３０ｎｍ〜約５００ｎｍの範囲であれば、クラック寸法の最大値は約３μｍであるから、ブレード２０の両側に３μｍ以上の加工マージンができるように加工領域１６の幅Ｗｄを決定する。
【００３３】
（ホ）図１５に示すように、加工領域１６で切断されて複数のパターン領域１２が分離される。その後、保護膜１４を除去して、図１及び図２に示したインプリントモールドが製造される。
【００３４】
本発明の実施の形態に係るインプリントモールドの製造方法においては、ブレード２０による溝２２の加工の際には、パターン領域１２は保護膜１４で覆われている。したがって、加工時にパターン領域１２表面に異物が付着することを防止することができる。また、基板１０の加工領域１６の表面粗さを約３０ｎｍ〜約５００ｎｍの範囲、及び粗化加工の深さを約４００ｎｍ〜約１０００ｎｍの範囲としている。したがって、チッピングにより発生するクラックの寸法を低減し、かつ異物の発生を抑制することができる。その結果、パターン領域１２表面への異物の付着を低減することができ、かつ、クラックに起因する基板１０の破損を抑制することが可能となる。
【００３５】
なお、加工領域１６では、保護膜１４を選択的に除去している。レジスト等の保護膜１４は、石英等の基板１０に比べて軟質である。例えば、保護膜を除去せずにブレードを用いて加工すると、ブレードから保護膜に応力が加わる。軟質な保護膜からもブレードに対して応力が加わりブレード軸に影響を及ぼす。このため、加工時のチッピングの発生が助長される。また、ブレードに保護膜が巻き込まれ、加工能力が劣化する。更に、保護膜に加わる応力により基板が割れやすくなってしまう。このように、保護膜１４を除去して加工領域１６を形成することが望ましい。
【００３６】
保護膜１４として、例えば感光性のレジストを用いることが可能である。しかし、保護膜はレジストに限定されず、例えば感光性ポリイミド等の感光性樹脂であってもよく、スピン塗布やスプレー塗布が可能なポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリイミド等の樹脂を用いてもよい。
【００３７】
また、保護膜として、ラミネート加工が可能なドライフィルムや、熱可塑性ポリイミドフィルム等の粘着材付きフィルム等を用いてもよい。例えば、図１６に示すように、パターン領域１２のパターンが低アスペクト比の凹部５２ａだけでなく高アスペクト比の凹部５２ｂがあると、高アスペクト比の凹部５２ｂに埋め込まれた塗布型の樹脂を除去することが困難となる。このような場合、ドライフィルムや粘着材付きフィルム等をラミネート加工して貼り付けて保護膜１４ａとして用いることが望ましい。高アスペクト比のパターンであっても、保護膜１４ａの除去は容易に行うことができる。
【００３８】
更に、保護膜として、スパッタリングや蒸着等により堆積した金属薄膜等を用いてもよい。金属薄膜は、粗化加工の際の耐性を高くすることができる。
【００３９】
また、上記の説明では粗化加工にドライエッチングを用いた場合を示した。しかし、粗化加工は、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）水溶液、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液、フッ酸（ＨＦ）硝酸（ＨＮＯ３）混合液等を用いるウェットエッチングであってもよく、サンドブラスト等の砥粒加工であってもよい。
【００４０】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者にはさまざまな代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００４１】
本発明の実施の形態においては、インプリントモールド製造に用いる基板の加工方法について説明したが、インプリントモールド基板の加工方法に限定されない。例えば、ＭＥＭＳ装置の製造に用いられる半導体基板、セラミックス基板等の切断加工方法であってもよい。また、半導体装置の製造に用いる半導体基板、サファイア基板等の切断加工方法であってもよい。
【００４２】
このように、本発明はここでは記載していないさまざまな実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係わる発明特定事項によってのみ定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態に係る加工方法を説明するインプリントモールドの一例を示す平面概略図である。
【図２】図１に示したインプリントモールドのＡ−Ａ断面を示す概略図である。
【図３】溝加工で発生するチッピングの一例を示す平面概略図である。
【図４】溝加工で発生するチッピングの一例を示す断面概略図である。
【図５】溝加工で発生するチッピングの他の例を示す断面概略図である。
【図６】表面粗さとクラック寸法の関係の一例を示す図である。
【図７】図６の一部を拡大して示す図である。
【図８】表面粗さと異物個数の関係の一例を示す図である。
【図９】粗化加工の深さとクラック寸法の関係の一例を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る加工方法の一例を示す平面図（その１）である。
【図１１】本発明の実施の形態に係る加工方法の一例を示す平面図（その２）である。
【図１２】図１１に示したＢ−Ｂ線に沿った方向の断面の一部を示す断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態に係る加工方法の一例を示す断面図（その３）である。
【図１４】本発明の実施の形態に係る加工方法の一例を示す断面図（その４）である。
【図１５】本発明の実施の形態に係る加工方法の一例を示す平面図（その５）である。
【図１６】本発明の実施の形態に係る加工方法を説明するインプリントモールドの他の例を示す断面概略図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０…基板
１２…パターン領域
１４…保護膜
１６…加工領域
２０…ブレード
２２…溝
【図１】
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【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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