(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光吸収層上に、該光吸収層の融点よりも熱分解温度が低い材料からなり、光ビームに対して透明な第１パターン形成層が形成された積層体の上記光吸収層に対し、上記第１パターン形成層側から、上記光ビームを照射することにより、上記第１パターン形成層を熱分解又は酸化分解により気化して光吸収層を露出させたパターンを形成する工程と、
上記光ビーム照射後の上記積層体上に、第２パターン形成層を堆積させる工程と、
上記第１パターン形成層を溶解させることにより、上記第１パターン形成層上に堆積した上記第２パターン形成層を除去し、上記光吸収層上に堆積した上記第２パターン形成層を残留させる工程とを含むことを特徴とする微細パターンの形成方法。
【請求項２】
上記光吸収層上に残留した上記第２パターン形成層をマスクとして、エッチングを施す工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の微細パターンの形成方法。
【請求項３】
上記エッチングを施す工程において、上記第１パターン形成層が単位時間あたりにエッチングされる深さより、上記光吸収層が単位時間あたりにエッチングされる深さの方が深いことを特徴とする請求項２に記載の微細パターンの形成方法。
【請求項４】
上記第１パターン形成層が樹脂からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の微細パターンの形成方法。
【請求項５】
上記第１パターン形成層がポリヒドロキシスチレン樹脂を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の微細パターンの形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リフトオフ法による微細パターンの形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、金属配線等の微細パターンを形成する方法としてリフトオフ法が広く使われている。リフトオフ法においては、非特許文献１に示すように有機溶媒浸漬法が広く利用されている。
【０００３】
図５は、従来の有機溶媒浸漬法による微細パターン形成方法を示す断面図である。
【０００４】
まず、図５（ａ）に示すように、基板１０１上にフォトレジスト層１０２をスピンコート法等により成膜し、光ビーム４をフォトレジスト層１０２に照射する。
【０００５】
この後、図５（ｂ）に示すように、フォトレジスト層１０２に対して、クロロベンゼン等の有機溶媒を接触させ、表面のみを難溶性に改質し、難溶性の変性層１０３及び非変性層１０４を形成する。
【０００６】
この後、図５（ｃ）に示すように、有機溶剤等の現像液を用いて現像を行うことで、変性層１０３と非変性層１０４との溶解性の違いから、オーバーハング構造のホールパターン１０５を形成する。
【０００７】
このようなパターンに対して、金属等のパターン形成層１０６を堆積させると、図５（ｄ）に示すように、フォトレジストの変性層１０３上に堆積したパターン形成層１０６ａ及び基板１０１上に堆積したパターン形成層１０６ｂが得られる。
【０００８】
また、ホールパターン１０５はオーバーハング構造を有しているためにパターン形成層１０６は、フォトレジストの変性層１０３上にパターン形成層１０６ａと、基板１０１上にパターン形成層１０６ｂとに分離して形成される。
【０００９】
最終的に、図５（ｅ）に示すように、フォトレジストの変性層１０３及び非変性層１０４を一般にストリッパーと呼ばれる有機溶剤等により溶解させることで、変性層１０３上に堆積したパターン形成層１０６ａも除去され（リフトオフ）、基板１０１上に堆積したパターン形成層１０６ｂのみが基板１０１上に残留しパターンが形成される。
【００１０】
上述したように、パターン形成層１０６ｂは、パターン形成層１０６ａとは分離して形成されているため、リフトオフを行った後にパターンのエッジ部分にバリ等が形成されにくくなる。
【００１１】
このように、従来、リフトオフ法に適したオーバーハング構造を得るために、有機溶媒浸漬法を用いたパターン形成が行われている。
【００１２】
また、特許文献１では、露光感度の異なる２種類のレジストを積層させる２層レジスト法によって、オーバーハング構造もしくはレジストパターンの断面形状が下部より、上部の方が広い、逆テーパ形状を有したパターン形成方法が開示されている。
【非特許文献１】M.Hatzakis著、“Single-Step Optical Lift-Off Process”、IBM J.Res.Develop.（VOL．２４、Ｎｏ．４）、１９８０年７月、ｐ．４５２−４５３
【特許文献１】特開平６−１０４２５６号公報（公開日：１９９４年４月１５日）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記従来技術では、リフトオフ法に適したパターンを得るためには有機溶媒浸漬法や２層レジスト法等を用いる必要があり、工程が多くなるという問題があった。
【００１４】
また、一般的に、フォトレジストにおいては光酸発生剤（ＰＡＧ）等が必要とされ、露光光源の波長に応じたフォトレジストの開発が必要であった。
【００１５】
一方でまた、上記のような従来の微細加工法においては、感光部がパターンとなるため、光ビームの集光スポット以下のサイズでパターンを形成することが難しい。例えば、ＤｅｅｐＵＶレーザ（波長：２５７ｎｍ）を光源とし、ＮＡ０．９の集光レンズを用いる場合、得られる円形パターンの直径は最小でも１５０ｎｍ程度である。このことから、より微細なパターンを形成するために、電子線による露光等の開発が進められているが、電子線源は真空チャンバーを必要とするほか、露光における線速が遅く、開発コストやプロセスコストが肥大化してしまうという問題点があった。
【００１６】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、製造工程を削減することができ、かつ光ビームの集光スポット以下のパターンを形成することができる微細パターンの形成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の微細パターンの形成方法は、上記課題を解決するために、光吸収層上に、該光吸収層の融点よりも熱分解温度が低い材料からなり、光ビームに対して透明な第１パターン形成層が形成された積層体の上記光吸収層に対し、上記第１パターン形成層側から、上記光ビームを照射することにより、上記第１パターン形成層を熱分解又は酸化分解により気化して光吸収層を露出させたパターンを形成する工程と、上記光ビーム照射後の上記積層体上に、第２パターン形成層を堆積させる工程と、上記第１パターン形成層を溶解させることにより、上記第１パターン形成層上に堆積した上記第２パターン形成層を除去し、上記光吸収層上に堆積した上記第２パターン形成層を残留させる工程とを含むことを特徴としている。
【００１８】
上記第１パターン形成層を熱分解又は酸化分解により気化して光吸収層を露出させたパターンを形成する工程において、上記積層体に対し光ビームを照射することにより、光吸収層及び第１パターン形成層の界面部分で第１パターン形成層の熱分解が生じ、特に高温となる光ビームの集光スポットのうち、中心部分のみが貫通するため、第１パターン形成層において、光ビームの集光限界以下の微細なホールパターンを形成することが可能である。
【００１９】
また、主に、第１パターン形成層及び光吸収層の界面部分で熱が発生することから、熱分解により発生した気体の圧力を受け、第１パターン形成層における微細パターンのエッジ部分が隆起するため、逆テーパ形状を有する、リフトオフ法に適したパターンが得られる。このあと、マグネトロンスパッタ法などにより、第２パターン形成層を形成する。
【００２０】
なお、第２パターン形成層を形成する方法としてはマグネトロンスパッタ法が好ましいが、これに限定されるわけではなく、第２パターン形成層を平滑に形成できればよい。
【００２１】
これにより、該第１パターン形成層上に堆積した第２パターン形成層と、光吸収層上に堆積した第２パターン形成層が分離して形成されることになる。
【００２２】
この後、第１パターン形成層を溶解させる工程において、第１パターン形成層を溶解させることにより、第２パターン形成層上に堆積した第２パターン形成層を除去し、光吸収層上に堆積した第２パターン形成層を残留させる。
【００２３】
言い換えると、除去されるパターンと、残留するパターンとが予め、分離して形成されているため、パターンエッジにバリが形成されることなく、微細パターンを形成することが可能となる。
【００２４】
また、光吸収層の融点は、第１パターン形成層の熱分解温度よりも高いため、光吸収層が変形することは無く、光吸収層の第１パターン形成層側の面は、平滑性が保たれる。
【００２５】
また、光ビームの照射によって直接パターンが形成されることから、光ビームの短波長化または、集光レンズの高ＮＡ化等の設備投資を行う必要がない。
【００２６】
また、現像工程がないため、従来の有機溶媒浸漬法による微細パターン形成方法と比較して、工程を簡略化することが可能となる。
【００２７】
さらに、第１パターン形成層において、ＰＡＧ材料を必要としないため、第１パターン形成層の材料コストを低減させることが可能である。
【００２８】
以上より、上記微細パターンの形成方法によれば、リフトオフ法において、プロセスの開発や製造に関わるコストなどを低く抑えることができ、また、光ビームの集光限界以下の微細パターンを形成することが可能である。
【００２９】
さらに、本発明の微細パターンの形成方法は、上記微細パターンをマスクとして、エッチングを施す工程をさらに含むことを特徴としている。
【００３０】
これにより、さらに、上記光吸収層に対して微細なパターンを形成することが可能となり、成膜等を行うことが困難なバルク材料においても、より微細なパターンを形成することが可能となる。
【００３１】
また、上記光吸収層に対して、上記第１パターン形成層とは反対側に多層構造を設けたとしても、これに微細パターンを形成することが可能である。このため、例えば、半導体素子やトンネル磁気抵抗素子等にも応用することができ、光ビームの短波長化または、集光レンズの高ＮＡ化等の設備投資を行うことなく、光ビームの集光限界以下の微細パターンを有した半導体素子やトンネル磁気抵抗素子等を製造することが可能となる。
【００３２】
さらに、本発明の微細パターンの形成方法は、上記エッチングを施す工程において、上記第１パターン形成層が単位時間あたりにエッチングされる深さより、上記光吸収層が単位時間あたりにエッチングされる深さの方が深いことを特徴としている。
【００３３】
これにより、さらに、残存した第２パターン形成層をマスクとしてエッチングを行う際に、上記第２パターン形成層の膜厚よりも深い微細パターンを上記光吸収層に形成することが可能となる。つまり、より薄い第２パターン形成層の膜厚で、より高いアスペクト比の微細パターンを上記光吸収層に形成することが可能となる。
【００３４】
このため、上記第２パターン形成層が薄い膜厚でもよいことから、材料コストを低く抑えることができ、かつ、パターン形成層の成膜プロセスに要する時間を短縮することが可能となる。なお、エッチングは、ドライエッチングであってもよいし、他のエッチング方法であってもよい。
【００３５】
さらに、本発明の微細パターンの形成方法は、上記第１パターン形成層が樹脂層であることが好ましい。
【００３６】
これにより、さらに、上記第１パターン形成層を無機物層とするよりも良好なパターンエッジ形状のパターンを、第１パターン形成層に形成することが可能となる。
【００３７】
また、良好なパターンエッジ形状の第２パターン形成層を光吸収層上に堆積させることができるため、良好なパターンエッジ形状の微細パターンを形成することが可能となる。
【００３８】
さらに、本発明の微細パターンの形成方法は、上記第１パターン形成層がポリヒドロキシスチレン（ＰＨＳ）樹脂からなることが好ましい。
【００３９】
これにより、さらに、上記光ビームとして、ＤｅｅｐＵＶレーザを使用する場合、ポリヒドロキシスチレン（ＰＨＳ）は、ＤｅｅｐＵＶレーザに対して透明度が高い材料であるため、光吸収層での熱発生効率がよく、また、ＤｅｅｐＵＶレーザの集光スポットのうち、中心部分がより貫通しやすいため、パターンエッジ形状が良好であり、かつ、高度に微細な、直径３０ｎｍ程度の微細パターンを光吸収層上に形成することが可能である。
【００４０】
また、本発明の参考に係る光ディスク用スタンパは、上記微細パターンの形成方法により製造されたことを特徴としている。
【００４１】
これにより、また、従来のスタンパ製造で行われる、導電膜形成工程や電鋳工程を実施することなく、微細パターンを有した光ディスク用スタンパを製造することが可能となり、製造プロセスが簡略化される。また、従来の方式によれば、電鋳工程にて、スタンパのそり等が問題となることがあるが、上記微細パターンの形成方法によれば、この問題が生じないため、スタンパ製造における歩留まりを向上させることが可能となる。
【００４２】
また、本発明の参考に係る光ディスク用基板は、上記光ディスク用スタンパから転写形成されたことを特徴としている。
【００４３】
これにより、光ビームの短波長化または、集光レンズの高ＮＡ化等の設備投資を行うことなく、光ビームの集光限界以下の微細パターンを有した光ディスク用基板を製造することが可能となり、製造コストを低減させることができる。
【００４４】
また、本発明の参考に係る光ディスク媒体は、上記光ディスク用基板をもとに、光ディスク媒体を提供することが好ましい。
【００４５】
これにより、例えば、従来の光ディスク媒体の製造工程により、光ディスク媒体を製造することが可能となる。
【発明の効果】
【００４６】
以上のように、本発明に係る微細パターンの形成方法は、光吸収層上に、該光吸収層の融点よりも熱分解温度が低い材料からなり、光ビームに対して透明な第１パターン形成層が形成された積層体の上記光吸収層に対し、上記第１パターン形成層側から、上記光ビームを照射することにより、上記第１パターン形成層を熱分解又は酸化分解により気化して光吸収層を露出させたパターンを形成する工程と、上記光ビーム照射後の上記積層体上に、第２パターン形成層を堆積させる工程と、上記第１パターン形成層を溶解させることにより、上記第１パターン形成層上に堆積した上記第２パターン形成層を除去し、上記光吸収層上に堆積した上記第２パターン形成層を残留させる工程とを含む方法である。
【００４７】
よって、上記積層体に対し光ビームを照射することにより、光吸収層及び第１パターン形成層の界面部分で第１パターン形成層の熱分解が生じ、特に高温となる光ビームの集光スポットのうち、中心部分のみが貫通するため、第１パターン形成層において、光ビームの集光限界以下の微細なホールパターンを形成することが可能である。
【００４８】
このため、リフトオフ法による微細パターンの形成方法において、プロセスの開発や製造に関るコストなどを低く抑えることができ、光ビームの集光限界以下の微細パターンを形成することが可能であるという効果を奏する。したがって、光ビームの集光限界以下の微細パターンを有した、光ディスク用スタンパ及び光ディスク用基板並びに光ディスク媒体を製造することが可能となる効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
以下、本発明における実施の形態の例を示す。ただし、本発明の実施の形態は以下に限られるものではなく、材料、膜構成及び膜厚等は、本発明の技術思想に基づくものであればよい。
【００５０】
また、本実施の形態における熱分解とは、温度上昇により分解すること意味している。例えば、第１パターン形成層３（図１（ａ））として樹脂層を用いた場合、樹脂を構成する分子がばらばらになり、気体化することを意味している。樹脂等の有機物の場合、気体化する温度が熱分解温度又は酸化分解温度と呼ばれることがある。また、多くの樹脂材料の場合、段階的に熱分解又は酸化分解が起こる場合があり、本実施の形態では、そのうちの最も低い温度を熱分解温度とする。
【００５１】
また、本実施の形態の微細パターンの形成方法は、光ディスク用原盤を製造するときの微細パターンを形成する場合について説明しているが、必ずしもこれに限らず、他の用途にも使用が可能である。
【００５２】
〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１および図２に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００５３】
図１は、本実施形態にかかる、微細パターン形成方法を示す断面図である。
【００５４】
また、図２は、図１における微細パターンを形成するための、描画装置を示す構成図である。
【００５５】
図１（ａ）に示すように、積層体１０は、基板１の上に、光ビーム３８を吸収する材料からなる光吸収層２が形成され、さらにその上に、樹脂からなる第１パターン形成層３が形成されることによりなる。
【００５６】
また、光ビーム３８は集光レンズ３９により集光され、光吸収層２に照射される。
【００５７】
また、光ビーム３８は集光レンズ３９により集光されていることから、光ビーム３８の集光スポットのうち、特に高温となる中心部分のみが、第１パターン形成層３を貫通する。
【００５８】
そして、この第１パターン形成層３を貫通した、光ビーム３８の集光スポットの中心部分により、主に、第１パターン形成層３及び光吸収層２が接している部分、すなわち、界面部分で熱が発生する。
【００５９】
これにより、光吸収層２上の光ビーム３８が照射されているエリアは温度が上昇し、第１パターン形成層３の熱分解温度を超えることにより、主に、光吸収層２と第１パターン形成層３との界面部分で第１パターン形成層３の熱分解が生じる。
【００６０】
この熱分解により発生した気体の圧力を受け、第１パターン形成層３におけるホールパターン６として孔が形成され、さらにこの孔のエッジ部分が光吸収層２とは逆の方向に隆起する。
【００６１】
このため、ホールパターン６は、基板１側へのテーパ形状を順テーパ形状とすると、基板１とは逆方向にエッジ部分が隆起した、逆テーパ形状を有しており、リフトオフ法に適したホールパターン６が得られる。ここで、ホールパターン６が逆テーパ形状を有するとは、基板１およびホールパターン６に垂直な平面による、ホールパターン６の断面形状が略「ハ」字状であることをいう（図１（ｂ））。
【００６２】
また、第１パターン形成層３において、光ビーム４の集光スポットのうち中心部分のみが貫通しているため、図４（ｂ）に示すように、光ビーム３８の集光限界以下の微細なホールパターン６を形成することが可能である。
【００６３】
また、光吸収層２の融点は、第１パターン形成層３の熱分解温度よりも高いため、光吸収層２が変形することは無く、光吸収層２の第１パターン形成層３側の面は、平滑性が保たれている。
【００６４】
なお、本実施形態においては、第１パターン形成層３側から光ビーム３８を照射する場合について説明を行ったが、基板１において、例えば石英などの透明な材質を使用することにより、光ビーム４を基板１側から光吸収層２に照射を行い、同様にホールパターン６を形成することが可能である。
【００６５】
この後、図１（ｃ）に示すように、マグネトロンスパッタ法により、第２パターン形成層７を形成する。なお、第２パターン形成層７を形成する方法としてはマグネトロンスパッタ法が好ましいが、これに限定されるわけではなく、第２パターン形成層７を平滑に形成できればよい。
【００６６】
ここで、第１パターン形成層３に形成されたホールパターン６は、逆テーパ形状を有しているため、第１パターン形成層３上に堆積した第２パターン形成層７ａと、光吸収層２上に堆積した微細パターン７ｂとは、分離して形成される。
【００６７】
この後、第１パターン形成層３を現像溶液によって溶解させ、あわせて第１パターン形成層２上に堆積した第１パターン形成層３をリフトオフすることで、光吸収層２上に堆積した第２パターン形成層７が残留し、図１（ｄ）に示すように、微細パターン７ｂが形成される。
【００６８】
上述したように、第１パターン形成層３上に堆積した第２パターン形成層７ａと光吸収層２上に堆積した微細パターン７ｂとは、分離して形成されているため、エッジにバリが形成されることなく、光ビーム４の集光限界以下の微細パターン７ｂを形成することが可能となる。
【００６９】
次に、光ビーム４による描画装置について、図２に基づいて説明する。
【００７０】
本実施の形態において描画装置は、図２に示すような光ディスク用原盤のレーザ照射装置３０を用いる。レーザ照射装置３０は、レーザ光源３２から出射されたレーザ光３８が、ミラー３３ａにより反射された後、光変調器３４により光強度が変調される。次に、再度、ミラー３３ｂに反射された後、光ビームエキスパンダ３５によりビーム径が拡大され、光ヘッド３６に入射する。光ヘッド３６に入射したレーザ光３８は、立ち下げミラー３３ｃにより反射され、集光レンズ３９により基板１の第１パターン形成層３及び光吸収層２に集光照射される。
【００７１】
一方、積層体１０は、スピンドル３７上に固定され、スピンドル３７と共に回転駆動される。同時に、光ヘッド３６を積層体１０の半径方向に移動させることにより、図１（ｂ）に示すように、第１パターン形成層３には、逆テーパ形状のホールパターン６がスパイラル状に形成される。
【００７２】
ただし、基板１に石英を使用した場合、石英はＤｅｅｐＵＶレーザに対して透明であるため、図１（ａ）に示すように、光ビーム３８を第１パターン形成層３側から照射してもよく、また、基板１側から照射してもよい。
【００７３】
本実施の形態の一例として、図１（ａ）〜（ｄ）及び図２並びに図３（ａ）〜（ｃ）を用い、微細パターンの形成方法の具体例を示す。
【００７４】
まず、１．２ｍｍ厚の石英基板１上に融点が約３０００℃のタンタル（Ｔａ）をマグネトロンスパッタ法により堆積させ、膜厚１０ｎｍの光吸収層２を形成した後、粘度が約１ｃＰとなるようにプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）によって希釈した熱分解温度が約３００℃のポリヒドロキシスチレン（ＰＨＳ）樹脂を３５００ｒｐｍでスピンコートする。
【００７５】
この後、９５℃で３０分のベークを行い、希釈溶剤を十分に揮発させ、膜厚約６５ｎｍの第１パターン形成層３を作製することにより、積層体１０が形成される。
【００７６】
次に、図１（ａ）で示したように、光ビーム４を、第１パターン形成層３側から集光照射する。
【００７７】
なお、光ビーム４の照射は、以下の条件で実施した。
【００７８】
〔光ビームの照射条件〕
・線速：１．０ｍ／ｓ
・パルス幅：１２０ｎｓ
・光ビームの照射ピッチ：４００ｎｍ
・トラックピッチ：４００ｎｍ
・光ビームの照射パワー：２．０ｍＷ（図３（ａ）に対応）
１．８ｍＷ（図３（ｂ）に対応）
１．６ｍＷ（図３（ｃ）に対応）
また、図２において、集光レンズ５としてＮＡ０．９の集光レンズを用いた。
【００７９】
図３（ａ）〜（ｃ）は、第１パターン形成層に形成されたパターン６のＡＦＭ（原子間力顕微鏡）像であり、上面から見た図を示している。
【００８０】
このＡＦＭ像では、パターンの高低がグレースケールで示されており、黒色の部分が低く、白色になるに従い高くなっていることに対応する。図３（ａ）〜（ｃ）に示されているように、光ビーム４の照射パワーが大きくなるに従い、第１パターン形成層３の隆起が高くなることがわかる。
【００８１】
また、図３（ａ）においては、直径３０ｎｍ程度の円形の黒いゾーンが存在しており、この部分では第１パターン形成層３を貫通してパターンが形成されていることがわかる。これが、本実施の形態における微細加工法の実質的な加工サイズとなる。
【００８２】
このように、ＤｅｅｐＵＶレーザ及びＮＡ０．９の集光レンズを用いて、従来技術で形成可能な１５０ｎｍの円形パターンと比較して、５分の１程度に微細なパターンを形成することが可能である。
【００８３】
また、その円形の黒いゾーンの周囲の白で示されたゾーンが、樹脂の熱分解によって発生した気体の圧力によって、隆起した部分であり、上述した方法により、図１（ｂ）で示したような逆テーパ形状のホールパターン６が形成されることがわかる。
【００８４】
この後、マグネトロンスパッタ法により、チタン（Ｔｉ）を３０ｎｍ堆積させることにより、図１（ｃ）に示すように、第２パターン形成層７が形成される。
【００８５】
ここで、第２パターン形成層７ａは、第１パターン形成層３上に形成された第２パターン形成層７であり、また、微細パターン７ｂは、光吸収層２上に堆積された第２パターン形成層７である。
【００８６】
これは、第１パターン形成層３に形成されたホールパターン６は、逆テーパ形状を有しているため、第１パターン形成層３上に堆積した第２パターン形成層７である第２パターン形成層７ａと、光吸収層２上に堆積した第２パターン形成層７である微細パターン７ｂとは、分離して形成される。
【００８７】
この後、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）溶液を用いて第１パターン形成層２を溶解させ、あわせて第１パターン形成層２上に堆積した第１パターン形成層３をリフトオフすることで、図１（ｄ）に示すように、光吸収層２上に堆積した第２パターン形成層７が残留し、微細パターン７ｂが形成される。
【００８８】
上述したように、第１パターン形成層３上に堆積した第２パターン形成層７である第２パターン形成層７ａと、光吸収層２上に堆積した第２パターン形成層７である微細パターン７ｂとは、分離して形成されているため、エッジにバリが形成されることなく、光ビーム４の集光限界以下の微細パターン７ｂを形成することが可能となる。
【００８９】
上記は、本発明による微細パターンの形成方法の一例であるが、光吸収層２としては、照射する光ビーム４を吸収する材料であり、かつ、第１パターン形成層３を溶融させる際に使用する溶液に対して、耐性を持つ材料であればよく、金属や金属窒化物等の誘電体及び半導体等を用いることが可能である。露光光源は上記のようにＤｅｅｐＵＶレーザが好ましい。また、溶液としてＴＭＡＨ溶液を用いる場合、例えば、Ａｕ、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏ、ＧａＮ、ＧｅＮ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＺｎＯ等を用いることが可能であるが、第１パターン形成層３でのパターン形成に対する感度を考慮すれば、熱伝導率が小さい材料を用いることが好ましい。
【００９０】
同様に、第１パターン形成層３でのパターン形成に対する感度を高めるために、熱伝導度が小さい材料からなる基板１を選定することが好ましく、また、基板１と光吸収層２との間に、熱伝導度の小さい中間層を設けることも可能である。
【００９１】
また、第１パターン形成層３としては、アクリル樹脂やポリスチレン樹脂等の樹脂層を用いることが好ましく、無機物層を用いる場合と比較して、良好なパターンエッジ形状のホールパターン６を、第１パターン形成層３に形成することが可能となる。
【００９２】
この結果、良好なパターンエッジ形状の微細パターン７ｂが光吸収層２上に堆積され、良好なパターンエッジ形状の微細パターン７ｂを形成することが可能となる。特に、光ビーム４を、光吸収層２からみて第１パターン形成層３側から入射させる場合は、照射する光ビーム４に対して透明度が高い材料を用いることが好ましい。
【００９３】
上記のようにＤｅｅｐＵＶレーザを光ビーム３８として用いる場合、ポリヒドロキシスチレン樹脂以外にも、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）やフッ素樹脂等は、ともに、膜厚３００ｎｍであっても、透過率が８０％程度であり、光吸収層２における熱発生の効率がよく、第１パターン形成層３のパターン形成に際し、光ビーム３８の照射パワーを低減させることができる。
【００９４】
また、第２パターン形成層７ａおよび微細パターン７ｂとしては、第１パターン形成層３を溶融させる際に使用する溶液に対して、耐性を持つ材料であればよく、例えば、Ｔａ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｗ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＯ２、ＧｅＮ等を用いることができる。
【００９５】
また、光ビーム３８を用いたレーザ照射装置３０としては、上記に限られるものではなく、例えば、Ｘ−Ｙ軸への駆動系を有した照射装置を用いることで、半導体デバイス向けに微細パターンを形成することもできる。
【００９６】
〔実施の形態２〕
次に第２の実施の形態として、実施の形態１での微細パターン形成方法で形成された微細パターン７ｂをマスクとして、光吸収層上に微細パターン１２を形成する方法について、図４（ａ）〜（ｆ）を用い一例を示す。
【００９７】
図４は、第２の実施形態にかかる微細パターン形成方法を示す断面図である。
【００９８】
図４（ａ）において、積層体１１は、光ビーム３８を吸収する材料からなる光吸収層２の上に、光吸収層２の融点温度より低い熱分解温度をもつ樹脂からなる第１パターン形成層３が形成されることによりなる。
【００９９】
また、光ビーム３８は集光レンズ３９により集光され、光吸収層２に照射される。
【０１００】
また、光ビーム３８は集光レンズ３９により集光されていることから、光ビーム３８の集光スポットのうち、特に高温となる中心部分のみが、第１パターン形成層３を貫通する。
【０１０１】
そして、この第１パターン形成層３を貫通した、光ビーム３８の集光スポットの中心部分により、主に、第１パターン形成層３及び光吸収層２が接している部分、すなわち、界面部分で熱が発生する。
【０１０２】
これにより、光吸収層２上の光ビーム３８が照射されているエリアは温度が上昇し、第１パターン形成層３の熱分解温度を超えることにより、主に、光吸収層２と第１パターン形成層３との界面部分で第１パターン形成層３の熱分解が生じる。
【０１０３】
この熱分解により発生した気体の圧力を受け、第１パターン形成層３におけるホールパターン６として孔が形成され、さらにこの孔のエッジ部分が光吸収層２とは逆の方向に隆起する。
【０１０４】
このため、ホールパターン６は、基板１側へのテーパ形状を順テーパー形状とすると、基板１とは逆方向にエッジ部分が隆起した、逆テーパ形状を有しており、リフトオフ法に適したホールパターン６が得られる。
【０１０５】
また、第１パターン形成層３において、光ビーム４の集光スポットのうち中心部分のみが貫通しているため、図４（ｂ）に示すように、光ビーム３８の集光限界以下の微細なホールパターン６を形成することが可能である。
【０１０６】
また、光吸収層２の融点は、第１パターン形成層３の熱分解温度よりも高いため、光吸収層２が変形することは無く、光吸収層２の第１パターン形成層３側の面は、平滑性が保たれている。
【０１０７】
なお、本実施形態においては、第１パターン形成層３側から光ビーム３８を照射する場合について説明を行ったが、基板１において、例えば石英などの透明な材質を使用することにより、光ビーム４を基板１側から光吸収層２に照射を行い、同様にホールパターン６を形成することが可能である。
【０１０８】
この後、図４（ｃ）に示すように、マグネトロンスパッタ法により、第２パターン形成層７を形成する。なお、第２パターン形成層７を形成する方法としてはマグネトロンスパッタ法が好ましいが、これに限定されるわけではなく、第２パターン形成層７を平滑に形成できればよい。
【０１０９】
ここで、第１パターン形成層３に形成されたホールパターン６は、逆テーパ形状を有しているため、第１パターン形成層３上に堆積した第２パターン形成層７である第２パターン形成層７ａと、光吸収層２上に堆積した第２パターン形成層７である微細パターン７ｂとは、分離して形成される。
【０１１０】
この後、第１パターン形成層３を現像溶液によって溶解させ、あわせて第１パターン形成層２上に堆積した第１パターン形成層３をリフトオフすることで、光吸収層２上に堆積した第２パターン形成層７である微細パターン７ｂが残留し、図４（ｄ）に示すように、光吸収層２上に微細パターン７ｂのみが形成される。
【０１１１】
上述したように、第１パターン形成層３上に堆積した第２パターン形成層７ａと光吸収層２上に堆積した微細パターン７ｂとは、分離して形成されているため、エッジにバリが形成されることなく、光ビーム４の集光限界以下の微細パターン７ｂを形成することが可能となる。
【０１１２】
また、実施の形態１と同様に、図２における光ディスク用原盤のレーザ照射装置３０のスピンドル１４上に積層体１１を固定し、積層体１１に対して光ビーム３８を照射することにより、第１パターン形成層３には、逆テーパ形状のホールパターン６がスパイラル上に形成される。
【０１１３】
続いて、光吸収層２上に残留した微細パターン７ｂをマスクとして、エッチングを行う。本実施形態においては、反応性ドライエッチング（ＲＩＥ）を行うが、これに限定されるわけでなく、例えば、反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）や、逆スパッタ等のように、光吸収層２を平滑にエッチングすることができればよい。
【０１１４】
ここで、本実施形態においては、マスクとする微細パターン７ｂのエッチングレートをＲ、光吸収層２のエッチングレートをＲｓとするとき、Ｒ／Ｒｓ＜１とする。
【０１１５】
こうすることにより、光吸収層２上に残留した微細パターン７ｂをマスクとしてドライエッチングを行う際に、微細パターン７ｂの膜厚よりも深く光吸収層２をエッチングすることができる。
【０１１６】
これにより、図４（ｆ）に示すように、微細パターン７ｂの膜厚よりも厚い微細パターン１２を光吸収層２上に形成することが可能となる。
【０１１７】
つまり、より薄い微細パターン７ｂの膜厚で、より高いアスペクト比の微細パターン１２を光吸収層２に形成することが可能となる。
【０１１８】
この結果、第２パターン形成層７の材料コストを低く抑えることができ、かつ、微細パターン７ｂの成膜プロセスに要する時間を短縮することが可能となる。
【０１１９】
次に第２の実施の形態にかかる具体例を示す。
【０１２０】
まず、光吸収層２としての１．２ｍｍ厚のタンタル基板（融点：３０００℃）上に、粘度が約１ｃＰとなるようにアニソールを用いて希釈した、熱分解温度が約３００℃のポリスチレン（ＰＳ）樹脂（熱分解温度：約３００℃）を３５００ｒｐｍでスピンコートする。
【０１２１】
この後、９５℃で３０分のベークを行い、希釈溶剤を十分に揮発させ、膜厚約６５ｎｍの第１パターン形成層３を作製する。
【０１２２】
これにより、図４（ａ）に示すように、積層体１１が形成され、また、上述した第１の実施形態と同様に、図２で示されたレーザ照射装置３０を用いて、光吸収層２に対して、第１パターン形成層３側から、光吸収層２に光ビーム４を集光照射する。
【０１２３】
この工程により、図４（ｂ）に示すように、第１パターン形成層３において、逆テーパ形状を有したホールパターン６が形成される。
【０１２４】
また、光吸収層２の融点は、第１パターン形成層３の熱分解温度よりも高いため、光吸収層２が変形することは無く、光吸収層２の第１パターン形成層３側の面は、平滑性が保たれている。
【０１２５】
その後、図４（ｃ）のように、マグネトロンスパッタ法により、ニッケル（Ｎｉ）を３０ｎｍ堆積させて、第２パターン形成層７を形成する。
【０１２６】
この後、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）溶液を用いて第１パターン形成層２を溶解させ、あわせて第１パターン形成層３上に堆積した第２パターン形成層７である第２パターン形成層７ａをリフトオフする。これにより、光吸収層２上に堆積した第２パターン形成層７である微細パターン７ｂが残留し、図４（ｄ）に示すように、微細パターン７ｂが形成される。
【０１２７】
続いて、光吸収層２上に残留した微細パターン７ｂをマスクとして、反応性ドライエッチング（ＲＩＥ）を、ＣＦ４ガス雰囲気中、入力電力４００Ｗ、１０分行う。用いたドライエッチング装置においては、Ｎｉ及びＴａのエッチングレートがそれぞれ、０．５ｎｍ／分及び３．５ｎｍ／分である。
【０１２８】
つまり、Ｎｉ及びＴａがエッチングされた深さがそれぞれ、５ｎｍ及び３５ｎｍである。
【０１２９】
このようにして図４（ｅ）に示す形状に加工し、光吸収層２上に残留した第２パターン形成層７である微細パターン７ｂを希硝酸にて除去することにより、図４（ｆ）に示すように、スパイラル上に形成された深さ３５ｎｍの微細パターン１２を備えた、光吸収層２が得られる。
【０１３０】
上述したように、光吸収層２の第１パターン形成層３側の面は、平滑性が保たれているため、微細パターン７ｂを希硝酸にて除去した後に現れる微細パターン１２の微細パターン７ｂと接していた面は、平滑性が保たれている。
【０１３１】
上記は、本実施の形態による微細パターンの形成方法の一例であるが、例えば、光吸収層２に対して、第１パターン形成層３とは反対側に、基板１が備えられている場合は、光吸収層２及び基板１をドライエッチングにより加工することもできる。
【０１３２】
また、同様に、光吸収層２に対して、第１パターン形成層３とは反対側に多層構造を設けた構造であれば、これをドライエッチングによって微細化することも可能であり、例えば、半導体素子やトンネル磁気抵抗素子等を微細化することが可能である。
【０１３３】
このようにすることで、光ビーム３８の短波長化または、集光レンズ３９の高ＮＡ化等の設備投資を行うことなく、光ビーム３８の集光限界以下の微細パターンを有した半導体素子やトンネル磁気抵抗素子等を製造することが可能となる。
【０１３４】
また、光吸収層２や第１パターン形成層３及び第２パターン形成層７としては、第１の実施の形態で示したような材料を用いることが可能である。
【０１３５】
〔実施の形態３〕
次に第３の実施の形態として、図４（ａ）〜（ｆ）を用い、光ディスク用スタンパ及び光ディスク用基板並びに光ディスク媒体の製造方法を示す。
【０１３６】
本実施の形態の微細パターンの形成方法では、図４（ａ）において、積層体１１は、光吸収層２としてのタンタル（Ｔａ）基板（融点：約３０００℃）上に、光吸収層２の融点温度より低い熱分解温度をもつ樹脂からなる第１パターン形成層３が形成されることによりなる。
【０１３７】
また、光ビーム３８は集光レンズ３９により集光され、光吸収層２に照射される。
【０１３８】
また、光ビーム３８は集光レンズ３９により集光されていることから、光ビーム３８の集光スポットのうち、特に高温となる中心部分のみが、第１パターン形成層３を貫通する。
【０１３９】
そして、この第１パターン形成層３を貫通した、光ビーム３８の集光スポットの中心部分により、主に、第１パターン形成層３及び光吸収層２が接している部分、すなわち、界面部分で熱が発生する。
【０１４０】
これにより、光吸収層２上の光ビーム３８が照射されているエリアは温度が上昇し、第１パターン形成層３の熱分解温度を超えることにより、主に、光吸収層２と第１パターン形成層３との界面部分で第１パターン形成層３の熱分解が生じる。
【０１４１】
この熱分解により発生した気体の圧力を受け、第１パターン形成層３におけるホールパターン６として孔が形成され、さらにこの孔のエッジ部分が光吸収層２とは逆の方向に隆起する。
【０１４２】
このため、ホールパターン６は、基板１側へのテーパ形状を順テーパー形状とすると、基板１とは逆方向にエッジ部分が隆起した、逆テーパ形状を有しており、リフトオフ法に適したホールパターン６が得られる。
【０１４３】
また、第１パターン形成層３において、光ビーム４の集光スポットのうち中心部分のみが貫通しているため、図４（ｂ）に示すように、光ビーム３８の集光限界以下の微細なホールパターン６を形成することが可能である。
【０１４４】
また、光吸収層２の融点は、第１パターン形成層３の熱分解温度よりも高いため、光吸収層２が変形することは無く、光吸収層２の第１パターン形成層３側の面は、平滑性が保たれている。
【０１４５】
なお、本実施形態においては、第１パターン形成層３側から光ビーム３８を照射する場合について説明を行ったが、基板１において、例えば石英などの透明な材質を使用することにより、光ビーム４を基板１側から光吸収層２に照射を行い、同様にホールパターン６を形成することが可能である。
【０１４６】
この後、図４（ｃ）に示すように、マグネトロンスパッタ法により、第２パターン形成層７を形成する。なお、第２パターン形成層７を形成する方法としてはマグネトロンスパッタ法が好ましいが、これに限定されるわけではなく、第２パターン形成層７を平滑に形成できればよい。
【０１４７】
ここで、第１パターン形成層３に形成されたホールパターン６は、逆テーパ形状を有しているため、第１パターン形成層３上に堆積した第２パターン形成層７である第２パターン形成層７ａと、光吸収層２上に堆積した第２パターン形成層７である微細パターン７ｂとは、分離して形成される。
【０１４８】
この後、第１パターン形成層３を現像溶液によって溶解させ、あわせて第１パターン形成層２上に堆積した第１パターン形成層３をリフトオフすることで、光吸収層２上に堆積した第２パターン形成層７である微細パターン７ｂが残留し、図４（ｄ）に示すように、光吸収層２上に微細パターン７ｂのみが形成される。
【０１４９】
上述したように、第１パターン形成層３上に堆積した第２パターン形成層７ａと光吸収層２上に堆積した微細パターン７ｂとは、分離して形成されているため、エッジにバリが形成されることなく、光ビーム４の集光限界以下の微細パターン７ｂを形成することが可能となる。
【０１５０】
また、実施の形態１と同様に、図２における光ディスク用原盤のレーザ照射装置３０のスピンドル１４上に積層体１１を固定し、積層体１１に対して光ビーム３８を照射することにより、第１パターン形成層３には、逆テーパ形状のホールパターン６がスパイラル上に形成される。
【０１５１】
続いて、残留した微細パターン７ｂをマスクとして、反応性ドライエッチング（ＲＩＥ）を行うことにより、図４（ｅ）に示す形状に加工し、光吸収層２上に残留した第２パターン形成層７である微細パターン７ｂを現像溶液により除去し、図４（ｆ）に示すように、スパイラル状に形成された微細パターン１２を備えた光吸収層２が得られる。
【０１５２】
上述したように、光吸収層２の第１パターン形成層３側の面は、平滑性が保たれているため、残留した第２パターン形成層７である微細パターン７ｂを除去した後に現れる光吸収層２の面は、平滑性が保たれている。
【０１５３】
Ｔａ基板は強度が強く、熱伝導率も優れているため、製造された上記基板を光ディスク用スタンパとして利用することが可能である。
【０１５４】
従来、光ディスク用スタンパを製造する方法としては、フォトリソグラフィー法や電子線リソグラフィー法等が利用されており、以下の工程を通して、パターンを転写したスタンパが製造される。
【０１５５】
第１の工程として、原盤に対し、導電性のＮｉ薄膜をスパッタ法等により成膜する。次に第２の工程として、Ｎｉ電解液の中に浸し、電界をかける。この工程において、Ｎｉ薄膜上に厚いＮｉ層が形成される。さらに、第３の工程として、上記のＮｉ層を原盤から剥がし取る。これにより原盤と接していた面にパターンが転写される。
【０１５６】
上記工程にて形成されたＮｉ層をスタンパと呼び、光ディスク基板等の射出成形用の鋳型として利用されている。
【０１５７】
上記工程の中で、第２の工程は、電鋳工程と一般的に呼ばれており、本発明により、この電鋳工程を行うことなく、スタンパを製造することが可能となる。
【０１５８】
つまり、従来工程で必要な導電層の形成や電鋳を行う必要が無くなることにより、コストを抑え、微細パターンを有した光ディスク用スタンパを製造することが可能となる。
【０１５９】
また、従来の方式によれば、電鋳工程にて、スタンパのそり等が問題となることがあるが、本発明においては、この問題が生じないため、スタンパ製造における歩留まりを向上させることが可能となる。
【０１６０】
このように、光ビーム３８の短波長化または、集光レンズ３９の高ＮＡ化等の設備投資を行うことなく、光ビーム３８の集光限界以下の微細パターンを有した光ディスク用基板及び光ディスク媒体を製造することが可能となり、製造コストを低減させることができる。
【０１６１】
次に第３の実施の形態にかかる具体例を示す。
【０１６２】
まず、光吸収層２としてのタンタル（Ｔａ）基板（融点：約３０００℃）上に、粘度が０．５ｃＰ程度となるようにプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）によって希釈したポリヒドロキシスチレン（ＰＨＳ）樹脂（熱分解温度：約３００℃）を３５００ｒｐｍでスピンコートした。この後、９５℃で３０分のベークを行い、希釈溶剤を気化させ、膜厚約６５ｎｍの第１パターン形成層２とする。これにより、図４（ａ）に示すように積層体１１が形成される。
【０１６３】
続いて、第２の実施の形態と同様に、図４（ａ）に示すように、光吸収層２に対し、第１パターン形成層３側からＤｅｅｐＵＶレーザによる光ビーム４の照射を行う。
【０１６４】
この後、図４（ｂ）に示すように、第１パターン形成層３を貫通した、逆テーパ形状のホールパターン６を形成する。
【０１６５】
また、光吸収層２の融点は、第１パターン形成層３の熱分解温度よりも高いため、光吸収層２が変形することは無く、光吸収層２の第１パターン形成層３側の面は、平滑性が保たれている。
【０１６６】
この後、図４（ｃ）に示すように、第２パターン形成層７として膜厚２０ｎｍのＮｉを、マグネトロンスパッタ法により成膜する。
【０１６７】
続いて、アルカリ溶液により、第１パターン形成層３を溶解させるとともに第１パターン形成層３上に堆積した第２パターン形成層７である第２パターン形成層７ａを除去することで、光吸収層２上に直接堆積した第２パターン形成層７である微細パターン７ｂのみが残留し、光吸収層２上に微細パターン７ｂが形成される。
【０１６８】
続いて、反応性ドライエッチング（ＲＩＥ）を、ＣＦ４ガス雰囲気中、入力電力４００Ｗ、１８分３５秒行った。用いたドライエッチング装置においては、Ｎｉ及びＴａ基板のエッチングレートがそれぞれ、０．５ｎｍ／分及び３．５ｎｍ／分である。つまり、Ｎｉ及びＴａがエッチングされた深さがそれぞれ、９．３ｎｍ及び６５ｎｍである。
【０１６９】
このようにして図４（ｅ）に示す形状に加工し、光吸収層２上に残留した第２パターン形成層７である微細パターン７ｂを希硝酸にて除去し、図４（ｆ）に示すように、スパイラル状に形成された深さ６５ｎｍの微細パターン１２を備えた光吸収層が得られる。
【０１７０】
上述したように、光吸収層２の第１パターン形成層３側の面は、平滑性が保たれているため、微細パターン７ｂを希硝酸にて除去した後に現れる微細パターン１２の微細パターン７ｂと接していた面は、平滑性が保たれている。
【０１７１】
本実施の形態で得られたスタンパは、例えば、Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）Ｄｉｓｃ（ＢＤ）規格のＲＯＭディスクに適した深さ６５ｎｍの微細パターンを備えており、Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）Ｄｉｓｃ（ＢＤ）規格に準じたＲＯＭディスク用のスタンパとして利用することができる。
【０１７２】
このスタンパを鋳型として、射出成形によって光ディスク用基板を製造することができるほか、２層の光ディスクで利用され、２Ｐ法と一般的に呼ばれる、鋳型に樹脂を押し付けて、パターンを転写するパターン形成方法にも利用することが可能である。
【０１７３】
また、ＰＭＭＡ樹脂等を用いたインプリント方法によっても、微細パターンを転写することが可能である。
【０１７４】
この後、上記で得られた光ディスク用基板をもとに、例えば、従来の光ディスク媒体の製造工程により、光ディスク媒体を製造することが可能である。
【０１７５】
以上のように、本発明により、従来から金属配線等の微細パターンを形成する方法として利用されているリフトオフ法を、光ディスク用の原盤に微細パターンを形成する方法としての新規リフトオフ法を提供することが可能である。さらに、この新規リフトオフ法により、電鋳工程を必要としない光ディスク用スタンパの製造方法を提供することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１７６】
本発明によれば、光吸収層上に該光吸収層よりも融点の低い第１パターン形成層を形成することにより、光ビームを照射したとき、光吸収層と第１パターン形成層との界面で熱分解が生じる。これによりリフトオフ法に適した逆テーパー形状のホールパターンを形成することができる。このため、光ディスク用スタンパ及び光ディスク用基板並びに光ディスク媒体の製造分野に利用することができるだけでなく、さらには、各種光学デバイスに関る分野に広く応用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１７７】
【図１】図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施形態を示すものであり、微細パターンの形成方法を示す断面図である。
【図２】図２は、図１に示す微細パターンを形成するための微細パターン形成装置を示す構成図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｃ）は、図１に示す微細パターンの形成方法で形成されたパターンのＡＦＭ像を示す図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｆ）は、本発明における微細パターンの形成方法の他の実施の形態を示す断面図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｅ）は、従来の微細パターンの形成方法で形成されたパターンを示す断面図である。
【符号の説明】
【０１７８】
１    基板
２    光吸収層
３    第１パターン形成層
６    ホールパターン
７ａ    第２パターン形成層
７ｂ    微細パターン（第２パターン形成層）
１０    積層体
１１    積層体
１２    微細パターン
３０    レーザ照射装置
３２    レーザ光源
３３ａ、３３ｂ    反射ミラー
３３ｃ    立ち下げミラー
３４    光変調器
３５    ビームエキスパンダ
３６    ヘッド
３７    スピンドル
３８    光ビーム
３９    集光レンズ
【図１】
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【図２】
0004647542.tif 000003
【図４】
0004647542.tif 000004
【図５】
0004647542.tif 000005
【図３】
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