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KR102402724B1 - 원반의 제조 방법, 전사물, 및 레플리카 원반 - Google Patents

원반의 제조 방법, 전사물, 및 레플리카 원반 Download PDF

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KR102402724B1
KR102402724B1 KR1020167033438A KR20167033438A KR102402724B1 KR 102402724 B1 KR102402724 B1 KR 102402724B1 KR 1020167033438 A KR1020167033438 A KR 1020167033438A KR 20167033438 A KR20167033438 A KR 20167033438A KR 102402724 B1 KR102402724 B1 KR 102402724B1
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KR
South Korea
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manufacturing
resist layer
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유타카 무라모토
마사나오 기쿠치
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데쿠세리아루즈 가부시키가이샤
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Abstract

(과제) 임의 패턴이 형성된 원반을 제공한다.
(해결 수단) 원통 또는 원기둥 형상의 기재의 외주면에 박막층을 형성하는 스텝과, 오브젝트가 그려진 입력 화상에 기초하여, 상기 오브젝트에 대응하는 제어 신호를 생성하는 스텝과, 상기 제어 신호에 기초하여 상기 박막층에 레이저 광을 조사하고, 상기 박막층에 상기 오브젝트에 대응하는 박막 패턴을 형성하는 스텝과, 상기 박막 패턴이 형성된 상기 박막층을 마스크로 사용하여, 상기 기재의 상기 외주면에 상기 오브젝트에 대응하는 패턴을 형성하는 스텝을 포함하는 원반의 제조 방법.

Description

원반의 제조 방법, 전사물, 및 레플리카 원반{MASTER MANUFACTURING METHOD, TRANSFERRED OBJECT, AND REPLICA MASTER}
본 발명은 원반의 제조 방법, 전사물, 및 레플리카 원반에 관한 것이다.
최근, 미세 가공 기술의 하나로서, 표면에 미세한 패턴이 형성된 평판 형상 또는 원기둥 형상의 원반을 수지 시트 등에 꽉 누름으로써, 원반 상의 미세한 패턴을 수지 시트 등에 전사하는 나노 임프린트 기술의 개발이 진행되고 있다.
예를 들어, 하기의 특허문헌 1 에는, 레이저 광에 의한 리소그래피에 의해, 가시광 대역에 속하는 파장 이하의 요철 주기를 갖는 요철 구조 (소위, 모스아이 구조) 를 원기둥 형상의 원반의 외주면에 형성하는 기술이 개시되어 있다. 또, 특허문헌 1 에는, 나노 임프린트 기술을 이용하여, 원기둥 형상의 원반의 외주면에 형성된 모스아이 구조를 수지 시트에 전사하는 기술이 개시되어 있다.
일본 공개특허공보 2009-258751호
그러나, 상기의 특허문헌 1 에 개시된 기술에서는, 원반에 조사하는 레이저 광의 조사 타이밍을 임의로 제어할 수 없다는 문제가 있었다. 그 때문에, 특허문헌 1 에 개시된 원반의 제조 방법에서는, 주기성을 갖는 단순한 패턴의 요철 구조밖에 원반에 형성할 수 없어, 임의 형상의 요철 구조를 원반에 형성할 수는 없었다.
그래서, 본 발명은, 상기 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 본 발명의 목적으로 하는 바는, 원반에 임의 형상의 요철 구조를 형성하는 것이 가능한, 신규 또한 개량된 원반의 제조 방법, 그 제조 방법에 의해 제조된 원반의 전사물, 그 전사물을 추가로 전사한 레플리카 원반, 및 그 레플리카 원반의 전사물을 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 어느 관점에 의하면, 원통 또는 원기둥 형상의 기재의 외주면에 박막층을 형성하는 스텝과, 오브젝트가 그려진 입력 화상에 기초하여, 상기 오브젝트에 대응하는 제어 신호를 생성하는 스텝과, 상기 제어 신호에 기초하여 상기 박막층에 레이저 광을 조사하고, 상기 박막층에 상기 오브젝트에 대응하는 박막 패턴을 형성하는 스텝과, 상기 박막 패턴이 형성된 상기 박막층을 마스크에 사용하여, 상기 기재의 상기 외주면에 상기 오브젝트에 대응하는 패턴을 형성하는 스텝을 포함하는 원반의 제조 방법이 제공된다.
상기 입력 화상을 복수의 소영역으로 분할하고, 상기 소영역의 각각에 상기 오브젝트가 포함되는지 여부에 기초하여, 상기 소영역에 상기 레이저 광을 조사하는지 여부를 결정하고, 당해 결정 결과에 기초하여, 상기 제어 신호를 생성해도 된다.
상기 소영역의 크기는, 상기 레이저 광의 스폿의 크기보다 작아도 된다.
상기 박막층에 상기 박막 패턴을 형성하는 스텝은, 상기 기재의 중심축을 회전축으로 하여 상기 기재를 회전시키면서, 상기 기재에 상기 레이저 광을 조사해도 된다.
상기 제어 신호는, 상기 기재의 회전을 제어하는 신호와 동기하도록 생성되어도 된다.
상기 레이저 광의 광원은, 반도체 레이저이며, 상기 박막층에는, 열 리소그래피에 의해 상기 박막 패턴이 형성되어도 된다.
상기 박막층은, 상기 외주면에 형성된 중간층과, 상기 중간층 상에 형성된 레지스트층을 포함하고, 상기 박막층에 상기 박막 패턴을 형성하는 스텝은, 상기 레지스트층을 현상함으로써 상기 레지스트층에 상기 박막 패턴을 형성하는 스텝과, 상기 레지스트층을 마스크로 하여, 상기 중간층을 에칭하는 스텝을 포함해도 된다.
상기 중간층의 에칭 레이트는, 상기 레지스트층의 에칭 레이트보다 빠르고, 상기 중간층의 에칭 레이트는, 상기 기재의 에칭 레이트보다 느려도 된다.
상기 중간층의 열전도율은, 200 W/(m·K) 이하여도 된다.
상기 기재 상에 직접 형성된 상기 레지스트층에 대한 상기 레이저 광의 반사율과, 상기 기재 상에 상기 중간층을 개재시켜 형성된 상기 레지스트층에 대한 상기 레이저 광의 반사율의 차는, 5 ％ 이하여도 된다.
상기 레지스트층은, 금속 산화물을 포함해도 된다.
상기 중간층은, 다이아몬드 라이크 카본을 포함해도 된다.
또, 상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 다른 관점에 의하면, 상기의 제조 방법에 의해 제조된 원반의 패턴이 전사된 전사물이 제공된다.
또, 상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 또 다른 관점에 의하면, 상기의 전사물의 패턴이 전사된 레플리카 원반이 제공된다.
또, 상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 또 다른 관점에 의하면, 상기의 레플리카 원반의 패턴이 전사된 전사물이 제공된다.
본 발명에 의하면, 패턴을 형성하기 위해서 원반에 대하여 조사하는 레이저 광의 조사 타이밍을 임의로 제어하는 것이 가능하다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 레이저 광의 조사를 임의로 제어할 수 있기 때문에, 원반에 임의 형상의 요철 구조를 형성하는 것이 가능하다.
도 1 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 제조 방법에 의해 제조되는 원반을 모식적으로 나타낸 사시도이다.
도 2 는, 본 실시형태에 관련된 제조 방법에 의해 제조된 원반을 사용하여 전사물을 제조하기 위한 전사 장치를 설명하는 설명도이다.
도 3a 는, 본 실시형태에 관련된 제 1 제조 방법의 각 공정을 설명하는 단면도이다.
도 3b 는, 본 실시형태에 관련된 제 1 제조 방법의 각 공정을 설명하는 단면도이다.
도 3c 는, 본 실시형태에 관련된 제 1 제조 방법의 각 공정을 설명하는 단면도이다.
도 3d 는, 본 실시형태에 관련된 제 1 제조 방법의 각 공정을 설명하는 단면도이다.
도 4 는, 본 실시형태에 관련된 제 1 제조 방법에서 사용되는 노광 장치의 개략을 설명하는 설명도이다.
도 5 는, 포매터의 기능 구성을 나타낸 블록도이다.
도 6 은, 오브젝트가 그려진 입력 화상에 대한 소영역의 분할을 설명하는 설명도이다.
도 7 은, 묘화 데이터를 제어 신호로 변환하는 방법을 설명하는 설명도이다.
도 8a 는, 본 실시형태에 관련된 제 1 제조 방법에서 사용되는 노광 장치의 구성예를 나타내는 설명도이다.
도 8b 는, 본 실시형태에 관련된 제 1 제조 방법에서 사용되는 노광 장치의 다른 구성예를 나타내는 설명도이다.
도 9a 는, 본 실시형태에 관련된 제 2 제조 방법의 각 공정을 설명하는 단면도이다.
도 9b 는, 본 실시형태에 관련된 제 2 제조 방법의 각 공정을 설명하는 단면도이다.
도 9c 는, 본 실시형태에 관련된 제 2 제조 방법의 각 공정을 설명하는 단면도이다.
도 9d 는, 본 실시형태에 관련된 제 2 제조 방법의 각 공정을 설명하는 단면도이다.
도 9e 는, 본 실시형태에 관련된 제 2 제조 방법의 각 공정을 설명하는 단면도이다.
도 10 은, 시험예 1 및 3, 참고예에 관련된 시험편의 반사율의 계산 결과이다.
도 11 은, 실시예 1 에 관련된 원반의 전사물의 SEM 관찰 결과이다.
도 12 는, 실시예 2 에 관련된 원반의 전사물의 SEM 관찰 결과이다.
도 13a 는, 비교예 1 에 관련된 원반에 형성한 패턴을 설명하는 설명도이다.
도 13b 는, 비교예 1 에 관련된 원반에 형성한 패턴을 기재의 두께 방향으로 절단했을 때의 단면을 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 14 는, 단결정 다이아몬드 공구의 가공 거리와 목표 깊이로부터의 변화량의 관계를 나타내는 그래프도이다.
이하에 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 적합한 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙임으로써 중복 설명을 생략한다.
＜1. 원반 및 원반에 의한 전사물에 대하여＞
먼저, 도 1 및 도 2 를 참조하여, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 제조 방법에 의해 제조되는 원반, 및 그 원반에 의한 전사물에 대해서 설명한다. 도 1 은, 본 실시형태에 관련된 제조 방법에 의해 제조되는 원반을 모식적으로 나타낸 사시도이다.
도 1 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 제조 방법에 의해 제조되는 원반 (1) 은, 외주면에 요철 구조 (13) 가 형성된 기재 (11) 로 이루어진다.
기재 (11) 는, 예를 들어, 원통 형상의 부재이다. 단, 기재 (11) 의 형상은, 도 1 에서 나타내는 바와 같이 내부에 공동 (空洞) 을 갖는 중공의 원통 형상이어도 되고, 내부에 공동을 갖지 않는 중실 (中實) 의 원기둥 형상이어도 된다. 또, 기재 (11) 의 재료는, 특별히 한정되지 않고, 용융 석영 유리 또는 합성 석영 유리 등의 석영 유리 (SiO2), 혹은, 스테인리스강 등의 금속을 사용할 수 있다. 기재 (11) 의 크기는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어, 축 방향의 길이가 100 ㎜ 이상이어도 되고, 외경이 50 ㎜ 이상 300 ㎜ 이하여도 되고, 두께가 2 ㎜ 이상 50 ㎜ 이하여도 된다.
요철 구조 (13) 는, 기재 (11) 의 외주면에 임의 형상으로 형성된다. 예를 들어, 요철 구조 (13) 의 형상은, 원 또는 타원 등의 곡선을 포함하는 도형, 삼각형 또는 사각형 등의 다각형, 직선 또는 곡선, 혹은 문자 등이어도 된다. 여기서, 요철 구조 (13) 의 형상이란, 요철 구조 (13) 를 기재 (11) 의 중심축에 평행한 평면에 투영했을 경우에, 당해 요철 구조 (13) 에 의해 투영면에 그려지는 도형의 형상을 의미한다. 즉, 요철 구조 (13) 의 형상이란, 요철 구조 (13) 의 평면에서 봤을 때의 형상을 의미한다.
본 실시형태에 관련된 원반 (1) 의 제조 방법에 의하면, 기재 (11) 의 외주면의 요철 구조 (13) 를 임의 형상으로 형성할 수 있다. 이와 같은 본 실시형태에 관련된 원반 (1) 의 제조 방법의 상세한 내용에 대해서는, 이하의 ＜2. 본 실시형태에 관련된 원반의 제조 방법＞ 에서 후술한다.
여기서, 원반 (1) 은, 롤 투 롤 (roll-to-roll) 방식의 나노 임프린트 전사 장치에 사용되며, 요철 구조 (13) 를 전사한 전사물을 제조하기 위한 원반이다. 예를 들어, 원반 (1) 은, 도 2 에 나타내는 전사 장치 (6) 에 의해, 외주면에 형성된 요철 구조 (13) 를 전사한 전사물을 제조할 수 있다.
이하에서는, 도 2 를 참조하여, 원반 (1) 을 사용한 전사물의 제조 방법에 대해서 설명한다. 도 2 는, 본 실시형태에 관련된 제조 방법에 의해 제조된 원반을 사용하여 전사물을 제조하는 전사 장치를 설명하는 설명도이다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, 전사 장치 (6) 는, 원반 (1) 과, 기재 공급 롤 (51) 과, 권취 롤 (52) 과, 가이드 롤 (53, 54) 과, 닙 롤 (55) 과, 박리 롤 (56) 과, 도포 장치 (57) 와, 광원 (58) 을 구비한다.
기재 공급 롤 (51) 은, 시트 형태의 피전사물 (61) 이 롤상으로 감긴 롤이며, 권취 롤 (52) 은, 요철 구조 (13) 가 전사된 수지층 (62) 을 적층한 피전사물 (61) 을 권취하는 롤이다. 또, 가이드 롤 (53, 54) 은, 피전사물 (61) 을 반송하는 롤이다. 닙 롤 (55) 은, 수지층 (62) 이 적층된 피전사물 (61) 을 원통 형상의 원반 (1) 에 대하여 밀착시키는 롤이며, 박리 롤 (56) 은, 요철 구조 (13) 가 수지층 (62) 에 전사된 후, 수지층 (62) 이 적층된 피전사물 (61) 을 원반 (1) 으로부터 박리하는 롤이다.
도포 장치 (57) 는, 코터 등의 도포 수단을 구비하고, 광 경화 수지 조성물을 피전사물 (61) 에 도포하고, 수지층 (62) 을 형성한다. 도포 장치 (57) 는, 예를 들어, 그라비아 코터, 와이어 바 코터, 또는 다이 코터 등이어도 된다. 또, 광원 (58) 은, 광 경화 수지 조성물을 경화 가능한 파장의 광을 발하는 광원이며, 예를 들어, 자외선 램프 등이어도 된다.
또한, 광 경화성 수지 조성물은, 소정 파장의 광이 조사됨으로써 유동성이 저하되고, 경화하는 수지이다. 구체적으로는, 광 경화성 수지 조성물은, 아크릴 수지 아크릴레이트 등의 자외선 경화 수지여도 된다. 또, 광 경화성 수지 조성물은, 필요에 따라, 개시제, 필러, 기능성 첨가제, 용제, 무기 재료, 안료, 대전 방지제, 또는 증감 색소 등을 포함해도 된다.
전사 장치 (6) 에서는, 먼저, 기재 공급 롤 (51) 로부터 가이드 롤 (53) 을 개재해 피전사물 (61) 이 연속적으로 송출된다. 송출된 피전사물 (61) 에 대하여, 도포 장치 (57) 에 의해 광 경화 수지 조성물이 도포되고, 피전사물 (61) 에 수지층 (62) 이 적층된다. 또, 수지층 (62) 이 적층된 피전사물 (61) 은, 닙 롤 (55) 에 의해, 원반 (1) 과 밀착시켜진다. 이에 따라, 원반 (1) 의 외주면에 형성된 요철 구조 (13) 가 수지층 (62) 에 전사된다. 요철 구조 (13) 가 전사된 후, 수지층 (62) 은, 광원 (58) 으로부터의 광의 조사에 의해 경화한다. 계속해서, 경화한 수지층 (62) 이 적층된 피전사물 (61) 은, 박리 롤 (56) 에 의해 원반 (1) 으로부터 박리되고, 가이드 롤 (54) 을 개재해, 권취 롤 (52) 에 의해 권취된다.
이와 같은 전사 장치 (6) 는, 원반 (1) 에 형성된 요철 구조 (13) 가 전사된 전사물을 연속적으로 제조할 수 있다.
또, 원반 (1) 에 형성된 요철 구조 (13) 가 전사된 전사물을 추가로 전사하고, 레플리카 원반을 제조하는 것도 가능하다. 레플리카 원반은, 원반 (1) 에 대하여 요철 구조 (13) 의 오목부 및 볼록부의 위치 (소위, 패턴의 톤) 가 일치하고 있고, 원반 (1) 의 복제 원반으로서 사용할 수 있다. 또, 레플리카 원반을 추가로 전사하고, 표면에 요철 구조 (13) 를 형성한 전사물 (즉, 원반 (1) 으로부터 3 회, 요철 구조 (13) 를 전사한 전사물) 을 제조하는 것도 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 제조 방법에 의해 제조된 원반 (1) 은, 임의 형상을 갖는 요철 구조 (13) 가 형성된 외주면을 갖고, 요철 구조 (13) 가 전사된 전사물을 연속적으로 제조할 수 있다.
＜2. 원반의 제조 방법에 대하여＞
다음으로, 상기에서 설명한 본 실시형태에 관련된 원반 (1) 의 제조 방법에 대해서, 제 1 제조 방법과 제 2 제조 방법으로 나누어 설명한다.
[2.1. 제 1 제조 방법]
먼저, 도 3a ∼ 도 8b 를 참조하여, 본 실시형태에 관련된 제 1 제조 방법에 대해서 설명한다.
구체적으로는, 제 1 제조 방법에서는, 기재 (11) 의 외주면에 레지스트층 (15) (박막층) 이 형성된다. 다음으로, 오브젝트가 그려진 입력 화상에 기초하여, 오브젝트에 대응하는 제어 신호가 생성된다. 계속해서, 그 제어 신호에 기초하여 레이저 광이 레지스트층 (15) 에 조사됨으로써, 레지스트층 (15) 에 오브젝트에 대응하는 레지스트 패턴이 형성된다. 다음으로, 그 레지스트층 (15) 을 마스크로 사용함으로써, 기재 (11) 에 오브젝트에 대응하는 요철 구조 (13) 가 형성된다. 여기서, 「오브젝트」 란, 입력 화상에 그려진 임의의 도형 등을 나타낸다. 오브젝트는, 예를 들어, 원 또는 타원 등의 곡선을 포함하는 도형, 삼각형 또는 사각형 등의 다각형, 직선 또는 곡선, 혹은 문자 등이어도 된다.
(제 1 제조 방법의 개요)
이하에서는, 도 3a ∼ 도 3d 를 참조하여, 본 실시형태에 관련된 제 1 제조 방법에 대해서, 구체적으로 설명한다. 도 3a ∼ 도 3d 는, 본 실시형태에 관련된 제 1 제조 방법의 각 공정을 설명하는 단면도이다. 또한, 도 3a ∼ 도 3d 에서는, 기재 (11) 를 두께 방향으로 절단했을 때의 단면 형상을 모식적으로 나타내고 있다.
먼저, 도 3a 에 나타내는 바와 같이, 예를 들어, 석영 유리 등의 기재 (11) 상에, 레지스트층 (15) 이 성막된다. 여기서, 레지스트층 (15) 은, 유기계 레지스트 또는 무기계 레지스트 모두 사용할 수 있다. 유기계 레지스트로는, 예를 들어, 노볼락계 레지스트, 또는 화학 증폭형 레지스트 등을 사용할 수 있다. 또, 무기계 레지스트로는, 예를 들어, 텅스텐, 또는 몰리브덴 등의 1 종 또는 2 종 이상의 천이 금속을 포함하는 금속 산화물을 사용할 수 있다. 또한, 레지스트층 (15) 에는, 열 리소그래피를 실시하기 위해서, 금속 산화물을 포함하는 열 반응형 레지스트를 사용하는 것이 바람직하다.
레지스트층 (15) 에 유기계 레지스트를 사용하는 경우, 레지스트층 (15) 은, 스핀 코팅, 슬릿 코팅, 딥 코팅, 스프레이 코팅, 또는 스크린 인쇄 등을 이용함으로써 성막되어도 된다. 또, 레지스트층 (15) 에 무기계 레지스트를 사용하는 경우, 레지스트층 (15) 은, 스퍼터법을 이용함으로써 성막되어도 된다.
다음으로, 도 3b 에 나타내는 바와 같이, 노광 장치에 의해 레지스트층 (15) 이 노광되고, 레지스트층 (15) 에 잠상 (15A) 이 형성된다. 구체적으로는, 레이저 광 (20) 을 레지스트층 (15) 에 대하여 조사하고, 레이저 광 (20) 이 조사된 레지스트층 (15) 의 부위를 변성시킴으로써, 레지스트층 (15) 에 잠상 (15A) 이 형성된다.
여기서, 노광 장치에서는, 오브젝트가 그려진 입력 화상에 기초하여, 오브젝트에 대응하는 제어 신호가 생성되고, 그 제어 신호에 의해 레이저 광 (20) 의 기재 (11) 에 대한 조사가 제어된다. 이에 따라, 노광 장치는, 레지스트층 (15) 상의 오브젝트에 대응한 위치에 레이저 광 (20) 을 조사하고, 그 오브젝트에 대응한 위치의 레지스트층 (15) 을 변성시킬 수 있다. 또한, 노광 장치가 입력 화상에 기초하여 제어 신호를 생성할 때의 구체적인 처리에 대해서는 후술한다.
계속해서, 도 3c 에 나타내는 바와 같이, 잠상 (15A) 이 형성된 레지스트층 (15) 상에 현상액이 적하되고, 레지스트층 (15) 이 현상된다. 이에 따라, 레지스트층 (15) 에 오브젝트에 대응하는 레지스트 패턴이 형성된다. 또한, 레지스트층 (15) 이 포지티브형 레지스트인 경우, 레이저 광 (20) 으로 노광된 노광부는, 비노광부와 비교하여 현상액에 대한 용해 속도가 증가하기 때문에, 현상 처리에 의해 제거된다. 이에 따라, 잠상 (15A) 이 제거된 레지스트 패턴이 레지스트층 (15) 에 형성된다. 한편, 레지스트층 (15) 이 네거티브형 레지스트인 경우, 레이저 광 (20) 으로 노광된 노광부는, 비노광부와 비교하여 현상액에 대한 용해 속도가 저하되기 때문에, 현상 처리에 의해 비노광부가 제거된다. 이에 따라, 잠상 (15A) 이 잔존한 레지스트 패턴이 레지스트층 (15) 에 형성된다.
다음으로, 도 3d 에 나타내는 바와 같이, 전 (前) 공정에서, 오브젝트에 대응하는 레지스트 패턴이 형성된 레지스트층 (15) 을 마스크로서 사용하고, 기재 (11) 가 에칭된다. 이에 따라, 기재 (11) 에 대하여, 오브젝트에 대응하는 요철 구조 (13) 가 형성된다. 즉, 요철 구조 (13) 의 평면에서 봤을 때의 형상은, 오브젝트의 형상에 일치한다. 또한, 기재 (11) 에 대한 에칭에는, 드라이 에칭 또는 웨트 에칭 모두 사용할 수 있다. 예를 들어, 기재 (11) 의 재질이 석영 유리 (SiO2) 인 경우, 불화탄소계 가스를 사용한 드라이 에칭, 또는 불화수소산 등을 사용한 웨트 에칭을 이용함으로써 기재 (11) 를 에칭할 수 있다.
(노광 장치의 구성)
다음으로, 도 4 ∼ 도 8b 를 참조하여, 본 실시형태에 관련된 제 1 제조 방법에서 사용되는 노광 장치에 대해서, 보다 상세하게 설명한다. 도 4 는, 본 실시형태에 관련된 제 1 제조 방법에서 사용되는 노광 장치의 개략을 설명하는 설명도이다.
도 4 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 제 1 제조 방법에서 사용되는 노광 장치 (2) 는, 레이저 광원 (21) 과, 포매터 (40) 를 구비한다.
레이저 광원 (21) 은, 레이저 광 (20) 을 발하는 광원이며, 예를 들어, 고체 레이저 또는 반도체 레이저 등이다. 레이저 광원 (21) 이 발하는 레이저 광 (20) 의 파장은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 400 ㎚ ∼ 500 ㎚ 의 청색 광 대역의 파장이어도 된다.
포매터 (40) 는, 오브젝트가 그려진 입력 화상에 기초하여, 기재 (11) 에 레이저 광 (20) 을 조사하기 위한 제어 신호를 생성한다. 예를 들어, 포매터 (40) 는, 레지스트층 (15) 상의 오브젝트에 대응하는 위치에만 레이저 광 (20) 을 조사하기 위한 제어 신호를 생성함으로써, 기재 (11) 상의 레지스트층 (15) 에 임의의 오브젝트에 대응하는 잠상 (15A) 을 형성해도 된다. 또한, 포매터 (40) 는, 레이저 광 (20) 의 발광을 제어함으로써, 기재 (11) 에 대한 레이저 광 (20) 의 조사를 제어해도 되고, 레이저 광 (20) 이 기재 (11) 에 조사되지 않도록 조사 위치를 제어함으로써, 기재 (11) 에 대한 레이저 광 (20) 의 조사를 제어해도 된다.
노광 장치 (2) 는, 기재 (11) 의 레지스트층 (15) 에 대하여 레이저 광 (20) 을 조사하고, 레지스트층 (15) 을 변성시켜 잠상 (15A) 을 형성한다. 구체적으로는, 노광 장치 (2) 는, 중심축을 회전축으로 하여 일정 속도로 회전하는 원통 형상의 기재 (11) 에 대하여, 레이저 광 (20) 을 일방향 (R 방향) 으로 일정 속도로 주사하면서 조사하고, 레지스트층 (15) 전체에 잠상 (15A) 을 형성한다. 즉, 노광 장치 (2) 는, 기재 (11) 의 레지스트층 (15) 을 나선상으로 노광한다.
이와 같은 노광 장치 (2) 에서는, 포매터 (40) 가 생성하는 제어 신호에 기초하여, 레이저 광 (20) 의 기재 (11) 에 대한 조사를 제어함으로써, 오브젝트에 대응하는 잠상 (15A) 을 레지스트층 (15) 에 형성할 수 있다.
(포매터의 구성)
다음으로, 도 5 를 참조하여, 레이저 광 (20) 의 조사의 제어 신호를 생성하는 포매터 (40) 의 기능 구성에 대해서 설명한다. 도 5 는, 포매터 (40) 의 기능 구성을 나타낸 블록도이다.
도 5 에 나타내는 바와 같이, 포매터 (40) 는, 입력 화상 취득부 (401) 와, 소영역 분할부 (403) 와, 신호 생성부 (405) 와, 클록 신호 생성부 (407) 를 구비한다.
입력 화상 취득부 (401) 는, 오브젝트가 그려진 입력 화상을 취득한다. 예를 들어, 오브젝트가 그려진 입력 화상은, 기재 (11) 의 축 방향으로 기재 (11) 의 외주면을 절개하여 일 평면으로 늘린 전개도에 상당하는 화상이다. 또, 입력 화상에 그려진 오브젝트의 형상은, 예를 들어, 원 또는 타원 등의 곡선을 포함하는 도형, 삼각형 또는 사각형 등의 다각형, 직선 또는 곡선, 혹은 문자 등의 임의 형상이어도 된다.
소영역 분할부 (403) 는, 입력 화상 취득부 (401) 에 의해 취득된 입력 화상을 소정 크기의 소영역으로 분할하고, 소영역의 각각에 오브젝트가 포함되는지 여부를 판단한다. 구체적으로는, 소영역 분할부 (403) 는, 입력 화상을 기재 (11) 의 축 방향에 대응하는 방향, 및 기재 (11) 의 둘레 방향에 대응하는 방향으로 각각 소정의 간격으로 분할함으로써, 입력 화상을 격자 형상의 소영역으로 분할한다. 또한, 기재 (11) 의 축 방향에 대응하는 방향으로 분할하는 간격과, 기재 (11) 의 둘레 방향에 대응하는 방향으로 분할하는 간격은, 동일해도 되고, 상이해도 된다. 또한, 소영역 분할부 (403) 는, 분할한 소영역의 각각에 입력된 오브젝트가 포함되는지 여부를 판단한다.
여기서, 분할된 소영역의 크기는, 레이저 광 (20) 의 스폿의 크기보다 작은 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 조사한 레이저 광 (20) 에 의해 형성된 잠상 (15A) 을 인접한 소영역끼리로 간극없이 겹칠 수 있다. 즉, 노광 장치 (2) 는, 레이저 광 (20) 의 스폿을 중첩함으로써, 오브젝트에 대응하는 위치를 전부 덮도록 노광할 수 있다. 예를 들어, 레이저 광 (20) 의 스폿의 직경이 약 200 ㎚ 인 경우, 소영역 분할부 (403) 에 의해 분할되는 간격은 100 ㎚ 여도 되고, 분할된 소영역은 100 ㎚ × 100 ㎚ 의 정방형이어도 된다. 또, 소영역의 형상은 격자 형상에 한정되지 않고, 임의 형상이어도 된다.
다음으로, 도 6 을 참조하여, 소영역 분할부 (403) 의 기능에 대해서 보다 구체적으로 설명한다. 도 6 은, 소영역 분할부 (403) 에 의한 입력 화상의 분할을 설명하는 설명도이다. 또한, 도 6 에 있어서, x 방향은 기재 (11) 의 외주면의 둘레 방향에 대응하고, y 방향은 기재 (11) 의 축 방향에 대응한다.
도 6 에 나타내는 바와 같이, 소영역 분할부 (403) 는, 오브젝트 (130A, 130B, 130C, 130D) 를 포함하는 입력 화상 (110) 을 x 방향으로 간격 (Pc) 으로 분할하고, y 방향으로 간격 (Pr) 으로 분할하고 있다. 이에 따라, 입력 화상 (110) 은, 격자 형상의 소영역으로 분할된다. 또, 소영역 분할부 (403) 는, 소영역의 각각에 있어서 오브젝트 (130A, 130B, 130C, 130D) 가 포함되는지 여부를 판단한다. 예를 들어, 소영역 분할부 (403) 는, 소영역 (115A) 을 오브젝트가 포함되지 않는 소영역이라고 판단하고, 소영역 (115B 및 115C) 을 오브젝트가 포함되는 소영역이라고 판단해도 된다. 또한, 소영역 분할부 (403) 는, 격자에 약간이라도 오브젝트가 포함되는 경우, 그 격자에 오브젝트가 포함된다고 판단해도 되고, 격자 내의 소정 면적 이상의 영역에 오브젝트가 그려지는 경우에, 그 격자에 오브젝트가 포함된다고 판단해도 된다.
또한, 입력 화상 (110) 에 있어서, 입력 화상 (110) 의 일부 영역만을 노광하는 것을 지시하는 노광 영역 (111) 이 설정되어 있는 경우, 소영역 분할부 (403) 는, 노광 영역 (111) 내의 소영역에 대해서만, 오브젝트 (130A, 130B, 130C, 130D) 가 포함되는지 여부를 판단해도 된다.
신호 생성부 (405) 는, 레이저 광 (20) 의 조사를 제어하는 제어 신호를 생성한다. 구체적으로는, 신호 생성부 (405) 는, 소영역 분할부 (403) 의 판단에 기초하여, 각 격자에 레이저 광 (20) 을 조사하는지 여부를 결정하고, 당해 결정 결과에 기초하여, 레이저 광 (20) 의 조사를 제어하는 묘화 데이터를 생성한다. 또, 신호 생성부 (405) 는, 클록 신호 생성부 (407) 가 생성한 클록 신호를 사용하여, 묘화 데이터를 제어 신호로 변환한다. 신호 생성부 (405) 가 생성한 제어 신호는, 레이저 광 (20) 을 제어하는 드라이버 (30) 에 송신됨으로써, 레이저 광 (20) 의 조사가 제어된다.
여기서, 도 6 및 도 7 을 참조하여, 신호 생성부 (405) 에 의한 제어 신호의 생성에 대해서 보다 구체적으로 설명한다. 또한, 도 7 은, 묘화 데이터를 제어 신호로 변환하는 방법을 설명하는 설명도이다.
도 6 에 나타내는 바와 같이, 신호 생성부 (405) 는, x 방향의 행마다 레이저 광 (20) 의 조사를 제어하는 묘화 데이터를 생성한다. 예를 들어, 신호 생성부 (405) 는, 입력 화상 (110) (또는, 노광 영역 (111)) 의 가장 위의 행을 선택하고, 이 행의 좌단의 격자로부터 우단의 격자를 향해 (x 축에 있어서의 정 (正) 의 방향을 향해) 차례로 소영역 분할부 (403) 에 의한 각 격자의 판단 결과를 참조한다. 그리고, 소영역 분할부 (403) 에 의해 오브젝트가 포함되지 않는다고 판단된 격자에 「0」, 오브젝트가 포함된다고 판단된 격자에 「1」 을 할당함으로써, 묘화 데이터를 생성한다. 이에 따라, 신호 생성부 (405) 는, 행 내의 좌단의 격자로부터 우단의 격자를 향해 묘화 데이터를 생성한다. 또, 신호 생성부 (405) 는, 하나의 행의 우단의 격자까지 묘화 데이터를 생성한 경우, 하나 아래의 행으로 이동한다. 그리고, 신호 생성부 (405) 는, 그 행 내에서 동일한 처리를 실시함으로써, 그 행에 대응하는 묘화 데이터를 생성한다. 신호 생성부 (405) 는, 묘화 데이터의 생성을 위의 행으로부터 아래의 행을 향해 (y 방향의 부 (負) 의 방향을 향해) 반복함으로써, 노광 영역 (111) 전역의 묘화 데이터 (예를 들어, 도 7 에 나타내는 묘화 데이터 (403A)) 를 생성한다.
또한, 신호 생성부 (405) 가 x 방향의 각 행에 있어서 묘화 데이터를 생성하는 방향은, 기재 (11) 의 회전 방향에 기초하여 설정된다. 그 때문에, 신호 생성부 (405) 는, 기재 (11) 의 회전 방향에 따라서는, x 방향의 행마다 우단의 격자로부터 좌단의 격자를 향해 (x 축에 있어서의 부의 방향을 향해), 묘화 데이터를 생성해도 된다. 또, 신호 생성부 (405) 가 y 방향에 있어서 묘화 데이터를 생성하는 방향은, 기재 (11) 에 대한 레이저 광 (20) 의 주사 방향에 기초하여 설정된다. 그 때문에, 신호 생성부 (405) 는, 기재 (11) 에 대한 레이저 광 (20) 의 주사 방향에 따라서는, 아래의 행으로부터 위의 행을 향해 (y 방향의 정의 방향을 향해), 묘화 데이터를 생성해도 된다. 또한, 신호 생성부 (405) 는, 상기 예시와는 반대로, 소영역 분할부 (403) 에 의해 오브젝트가 포함되지 않는다고 판단된 격자에 「1」 을 할당, 오브젝트가 포함된다고 판단된 격자에 「0」 을 할당함으로써, 묘화 데이터를 생성해도 된다.
또, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 신호 생성부 (405) 는, 클록 신호 생성부 (407) 로부터 취득한 클록 신호 (407A) 를 사용하여, 상기에서 생성한 묘화 데이터 (403A) 를 제어 신호 (405A) 로 변환한다. 예를 들어, 묘화 데이터 (403A) 는, 레이저 광 (20) 을 조사하는 격자에 「1」 을 할당하고, 레이저 광 (20) 을 조사하지 않은 격자에 「0」 을 할당한 묘화 데이터이며, 클록 신호 (407A) 는, 클록 신호 생성부 (407) 로부터 취득한 소정의 주파수를 갖는 구형파의 신호이다.
여기서, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 예를 들어, 신호 생성부 (405) 는, 묘화 데이터 (403A) 에 있어서 「1」 이 할당된 격자에 「하이」 신호, 「0」 이 할당된 격자에 「로」 신호가 할당되도록, 제어 신호 (405A) 를 생성한다. 또, 신호 생성부 (405) 는, 제어 신호 (405A) 의 신호의 상승 및 하강의 타이밍을, 클록 신호 (407A) 의 신호의 상승 또는 하강 중 어느 하나의 타이밍과 일치하도록 제어 신호 (405A) 를 생성한다.
도 7 에서는, 예를 들어, 제어 신호 (405A) 는, 제어 신호 (405A) 의 신호의 상승 및 하강이 클록 신호 (407A) 의 신호의 상승과 일치하도록 생성되어 있다.
클록 신호 생성부 (407) 는, 레이저 광 (20) 의 조사를 제어하는 제어 신호의 기준이 되는 클록 신호를 생성한다. 구체적으로는, 클록 신호 생성부 (407) 는, 기재 (11) 를 회전시키는 스핀들 모터 (35) 로부터 회전을 제어하는 회전 제어 신호를 취득하고, 회전 제어 신호에 기초하여, 제어 신호의 기준이 되는 소정의 주파수를 갖는 클록 신호를 생성한다.
여기서, 기재 (11) 를 회전시키는 스핀들 모터 (35) 의 회전수는, 일정한 회전수를 설정한 경우이더라도, 항상 일정하지는 않고, 요동하고 있다. 그 때문에, 스핀들 모터 (35) 의 회전을 제어하는 회전 제어 신호와, 레이저 광 (20) 의 조사를 제어하는 제어 신호가 동기하고 있지 않은 경우, 스핀들 모터 (35) 의 1 회전과, 제어 신호의 1 주분 (周分) 이 일치하지 않을 가능성이 있다. 이와 같은 경우, 레이저 광 (20) 이 조사되는 위치가 주 (周) 마다 어긋나기 때문에, 오브젝트에 대응하는 패턴을 정확하게 형성할 수 없을 가능성이 있다.
그래서, 노광 장치 (2) 에서는, 상기 서술한 바와 같이, 스핀들 모터 (35) 의 회전을 제어하는 회전 제어 신호로부터 클록 신호를 생성하고, 그 클록 신호를 기초로 하여 레이저 광 (20) 의 조사를 제어하는 제어 신호를 생성함으로써, 양자의 제어 신호를 동기시키고 있다.
또한, 스핀들 모터 (35) 의 회전을 제어하는 회전 제어 신호와, 레이저 광 (20) 의 조사를 제어하는 제어 신호를 동기시키는 방법은, 상기 예시에 한정되지 않는다. 예를 들어, 클록 신호 생성부 (407) 는, 기준이 되는 클록 신호를 각각 스핀들 모터 (35) 및 신호 생성부 (405) 에 송신해도 된다. 이와 같은 경우, 스핀들 모터 (35) 는, 그 클록 신호를 기초로 스핀들 모터 (35) 의 회전을 제어하는 회전 제어 신호를 생성하고, 신호 생성부 (405) 는, 그 클록 신호를 기초로 레이저 광 (20) 의 조사를 제어하는 제어 신호를 생성한다. 이 방법에 의해서도, 스핀들 모터 (35) 의 회전을 제어하는 회전 제어 신호와, 레이저 광 (20) 의 조사를 제어하는 제어 신호를 동기시킬 수 있다.
이상으로, 레이저 광 (20) 의 조사를 제어하는 제어 신호를 생성하는 포매터 (40) 의 기능 구성에 대해서 설명하였다. 이와 같은 포매터 (40) 에 의하면, 임의의 오브젝트에 대응하는 제어 신호를 생성할 수 있다.
또한, 이와 같은 포매터 (40) 의 기능은, 소프트웨어와 하드웨어의 협동에 의해 실현된다. 예를 들어, 포매터 (40) 는, 브리지로 상호 접속된 CPU (Central Processing Unit), ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory) 등을 구비하고, 이들 하드웨어에 의해 상기의 기능을 실현해도 된다.
예를 들어, CPU 는, 연산 처리 장치 및 제어 장치로서 기능하고, 각종 프로그램에 따라서, 포매터 (40) 내의 동작 전반을 제어한다. ROM 은, CPU 가 사용하는 프로그램, 연산 파라미터를 기억하고, RAM 은, CPU 의 실행에 있어서 사용하는 프로그램이나, 그 실행에 있어서 적절히 변화하는 파라미터 등을 일시 기억한다. 이에 따라, CPU 는, 예를 들어, 입력 화상 취득부 (401), 소영역 분할부 (403), 신호 생성부 (405), 클록 신호 생성부 (407) 의 기능을 실행할 수 있다.
(노광 장치의 구성예)
또한, 도 8a 및 도 8b 를 참조하여, 본 실시형태에 관련된 제 1 제조 방법에서 사용되는 노광 장치 (2) 의 구성예에 대해서 설명한다. 도 8a 는, 본 실시형태에 관련된 제 1 제조 방법에서 사용되는 노광 장치의 구성예를 나타내는 설명도이다. 도 8b 는, 본 실시형태에 관련된 제 1 제조 방법에서 사용되는 노광 장치의 다른 구성예를 나타내는 설명도이다.
먼저, 도 8a 를 참조하여, 노광 장치 (2A) 에 대해서 설명한다. 노광 장치 (2A) 는, 레이저 광원 (21A) 으로서, 고체 레이저를 사용하는 노광 장치이다.
도 8a 에 나타내는 바와 같이, 노광 장치 (2A) 는, 레이저 광원 (21A) 과, 전기 광학 소자 (Electro Optical Modulator：EOM) (22) 와, 제 1 미러 (23) 와, 포토다이오드 (Photodiode：PD) (24) 와, 변조 광학계 (25) 와, 제어 기구 (37) 와, 제 2 미러 (31) 와, 이동 광학 테이블 (32) 과, 스핀들 모터 (35) 와, 턴테이블 (36) 을 구비한다. 또, 기재 (11) 는, 턴테이블 (36) 상에 재치 (載置) 되고, 회전할 수 있도록 되어 있다.
레이저 광원 (21A) 은, 구체적으로는, 고체 레이저이다. 예를 들어, 레이저 광원 (21A) 으로서, 266 ㎚ 의 파장을 갖는 고체 레이저 등을 사용할 수 있다.
레이저 광원 (21A) 으로부터 출사된 레이저 광 (20) 은, 평행 빔인 상태로 직진하고, 전기 광학 소자 (22) 에 입사한다. 전기 광학 소자 (22) 를 투과한 레이저 광 (20) 은, 제 1 미러 (23) 에서 반사되고, 변조 광학계 (25) 로 유도된다.
제 1 미러 (23) 는, 편광 빔 스플리터로 구성되어 있고, 편광 성분의 일방을 반사시키고, 편광 성분의 타방을 투과시키는 기능을 갖는다. 제 1 미러 (23) 를 투과한 편광 성분은, 포토다이오드 (24) 에 의해 수광되고, 광전 변환된다. 또, 포토다이오드 (24) 에 의해 광전 변환된 수광 신호는, 전기 광학 소자 (22) 에 입력되고, 전기 광학 소자 (22) 는, 입력된 수광 신호에 기초하여 레이저 광 (20) 의 위상 변조를 실시한다.
또, 변조 광학계 (25) 는, 집광 렌즈 (26) 와, 음향 광학 소자 (Acoust-Optic Modulator：AOM) (27) 와, 콜리메이터 렌즈 (28) 를 구비한다.
변조 광학계 (25) 에 있어서, 레이저 광 (20) 은, 집광 렌즈 (26) 에 의해, 유리 (SiO2) 등으로 이루어지는 음향 광학 소자 (27) 에 집광된다. 레이저 광 (20) 은, 음향 광학 소자 (27) 에 의해 강도 변조되고 발산한 후, 콜리메이터 렌즈 (28) 에 의해, 재차 평행 빔화된다. 변조 광학계 (25) 로부터 출사된 레이저 광 (20) 은, 제 2 미러 (31) 에 의해 반사되고, 이동 광학 테이블 (32) 상으로 수평 또한 평행하게 유도된다.
또, 제어 기구 (37) 는, 포매터 (40) 와 드라이버 (30) 를 구비하고, 레이저 광 (20) 의 조사를 제어한다. 포매터 (40) 는, 상기 서술한 바와 같이 레이저 광 (20) 의 조사를 제어하는 제어 신호를 생성하고, 드라이버 (30) 는, 포매터 (40) 가 생성한 제어 신호에 기초하여, 음향 광학 소자 (27) 를 제어한다. 이에 따라, 레지스트층 (15) 에 대한 레이저 광 (20) 의 조사가 제어된다.
이동 광학 테이블 (32) 은, 빔 익스팬더 (Beam expander：BEX) (33) 와, 대물렌즈 (34) 를 구비한다. 이동 광학 테이블 (32) 로 유도된 레이저 광 (20) 은, 빔 익스팬더 (33) 에 의해 원하는 빔 형상으로 정형된 후, 대물 렌즈 (34) 를 통해서, 기재 (11) 의 외주면의 레지스트층 (15) 에 조사된다.
또한, 도시하고 있지 않지만, 노광 장치 (2A) 는, 레이저 광 (20) 이 항상 기재 (11) 상의 레지스트층 (15) 에서 초점을 맺도록 동적으로 포커스 제어되는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 기재 (11) 는, 회전시에, 회전축의 축 흔들림, 및 기재 (11) 의 표면의 가공 정밀도 등에 의해 대물 렌즈 (34) 로부터 기재 (11) 까지의 거리가 변동하고 있다. 그 때문에, 레이저 광 (20) 이 항상 기재 (11) 의 레지스트층 (15) 에서 초점을 맺도록 하기 위해서, 노광 장치 (2A) 는, 레이저 광 (20) 의 포커스 어긋남을 검출하고, 동적으로 레이저 광 (20) 의 포커스를 제어하는 것이 바람직하다. 또한, 기재 (11) 상의 레지스트층 (15) 에 대한 레이저 광 (20) 의 포커스 어긋남을 검출하는 방법은, 예를 들어, 레지스트층 (15) 에 조사한 레이저 광 (20) 의 반사광의 비점수차를 검출하는 방법 등을 이용할 수 있다.
이들 구성에 의해, 턴테이블 (36) 로 기재 (11) 를 일정 속도로 회전시키고, 레이저 광 (20) 을 기재 (11) 의 축 방향으로 일정 속도로 주사하면서 조사함으로써, 레지스트층 (15) 이 노광된다. 또한, 레이저 광 (20) 의 주사는, 이동 광학 테이블 (32) 에 의해, 레이저 광 (20) 을 화살표 (R) 방향으로 일정 속도로 이동시킴으로써 실시된다.
또한, 상기에서 설명한 바와 같이, 노광 장치 (2A) 에서는, 레이저 광 (20) 의 실제의 조사 위치와, 제어 신호가 나타내는 조사 위치가 일치 (동기) 하도록, 스핀들 모터 (35) 의 회전을 제어하는 신호와, 레이저 광 (20) 의 조사를 제어하는 제어 신호가 동기되고 있다. 이에 따라, 노광 장치 (2A) 는, 주 (周) 마다 레이저 광 (20) 의 조사 위치가 어긋나는 일 없이 레지스트층 (15) 을 노광할 수 있다.
또, 노광 장치 (2A) 의 턴테이블 (36) 의 회전수, 포매터 (40) 가 생성하는 제어 신호의 주파수는, 기재 (11) 의 원통 형상의 외주 길이, 및 입력 화상 (110) 의 둘레 방향의 분할 간격 (Pc) 에 의해 결정된다. 또한, 노광 장치 (2A) 의 이동 광학 테이블 (32) 의 이송 피치는, 입력 화상 (110) 의 축 방향의 분할 간격 (Pr) 에 의해 결정된다. 즉, 이들 노광 파라미터는, 레이저 광 (20) 의 조사 위치가 입력 화상 (110) 의 분할된 소영역과 일치하도록 결정된다.
다음으로, 도 8b 를 참조하여, 노광 장치 (2B) 에 대해서 설명한다. 노광 장치 (2B) 는, 레이저 광원 (21B) 으로서, 반도체 레이저를 사용하는 노광 장치이다.
도 8b 에 나타내는 바와 같이, 노광 장치 (2B) 는, 레이저 광원 (21B) 과, 제 1 미러 (23) 와, 포토다이오드 (PD) (24) 와, 집광 렌즈 (26) 와, 전기 광학 편향 소자 (Electro Optic Deflector：EOD) (29) 와, 콜리메이터 렌즈 (28) 와, 제어 기구 (37) 와, 제 2 미러 (31) 와, 이동 광학 테이블 (32) 과, 스핀들 모터 (35) 와, 턴테이블 (36) 을 구비한다. 또, 기재 (11) 는, 턴테이블 (36) 상에 재치되고, 회전할 수 있도록 되어 있다.
여기서, 이동 광학 테이블 (32), 스핀들 모터 (35), 및 턴테이블 (36) 에 대해서는, 도 8a 를 참조하여 설명한 노광 장치 (2A) 와 동일하므로, 여기서의 설명은 생략한다.
레이저 광원 (21B) 은, 구체적으로는 반도체 레이저이다. 예를 들어, 레이저 광원 (21B) 으로서, 400 ㎚ ∼ 500 ㎚ 의 청색 광 대역의 파장의 레이저 광을 발하는 청색 반도체 레이저를 사용할 수 있다. 본 실시형태에 관련된 제조 방법에서 사용되는 노광 장치에서는, 레이저 광원 (21B) 으로서, 반도체 레이저를 사용하는 것이 바람직하다.
레이저 광원 (21B) 으로부터 출사된 레이저 광 (20) 은, 평행 빔인 상태로 직진하고, 제 1 미러 (23) 에서 반사된다. 또, 제 1 미러 (23) 에서 반사된 레이저 광 (20) 은, 집광 렌즈 (26) 에 의해 전기 광학 편향 소자 (29) 에 집광된 후, 콜리메이터 렌즈 (28) 에 의해, 재차 평행 빔화된다. 평행 빔화된 레이저 광 (20) 은, 제 2 미러 (31) 에 의해 반사되고, 이동 광학 테이블 (32) 상으로 수평 또한 평행하게 유도된다.
제 1 미러 (23) 는, 편광 빔 스플리터로 구성되어 있고, 편광 성분의 일방을 반사시키고, 편광 성분의 타방을 투과시키는 기능을 갖는다. 제 1 미러 (23) 를 투과한 편광 성분은, 포토다이오드 (24) 에 의해 수광되고, 광전 변환된다. 또, 포토다이오드 (24) 에 의해 광전 변환된 수광 신호는, 레이저 광원 (21B) 에 입력되고, 레이저 광원 (21B) 은, 입력된 수광 신호에 기초하여 레이저 광 (20) 의 변조를 실시한다.
전기 광학 편향 소자 (29) 는, 레이저 광 (20) 의 조사 위치를 제어하는 것이 가능한 소자이다. 노광 장치 (2B) 는, 전기 광학 편향 소자 (29) 에 의해, 이동 광학 테이블 (32) 상으로 유도되는 레이저 광 (20) 의 조사 위치를 변화시키는 것도 가능하다.
또, 제어 기구 (37) 는, 포매터 (40) 와 드라이버 (30) 를 구비하고, 레이저 광 (20) 의 조사를 제어한다. 드라이버 (30) 는, 포매터 (40) 가 생성한 제어 신호에 기초하여 레이저 광원 (21B) 의 출력을 제어한다. 이에 따라, 레지스트층 (15) 에 대한 레이저 광 (20) 의 조사가 제어된다.
또한, 도 8b 에서 나타낸 노광 장치 (2B) 는, 도 8a 에서 나타낸 노광 장치 (2A) 와 마찬가지로, 레이저 광 (20) 의 포커스를 동적으로 제어하고 있고, 스핀들 모터 (35) 의 회전 제어 신호와, 레이저 광 (20) 의 조사 제어 신호를 동기시키고 있는 것은 말할 필요도 없다.
이상에서, 본 실시형태에 관련된 제 1 제조 방법에 대해서 상세하게 설명하였다. 본 실시형태에 관련된 제 1 제조 방법에 의하면, 기재 (11) 의 외주면에 임의 형상의 요철 구조 (13) 가 형성된 원반 (1) 을 제조할 수 있다.
[2.2. 제 2 제조 방법]
계속해서, 도 9a ∼ 도 10 을 참조하여, 본 실시형태에 관련된 제 2 제조 방법에 대해서 설명한다.
구체적으로는, 제 2 제조 방법에서는, 제 1 제조 방법에 비해, 기재 (11) 의 외주면에 중간층 (17) 을 개재시켜 레지스트층 (15) 이 형성되는 점이 상이하다. 즉, 제 2 제조 방법에서는, 레지스트층 (15) 및 중간층 (17) 에 의해 박막층이 형성된다. 이에 따라, 제 2 제조 방법에서는, 레지스트 패턴이 형성된 레지스트층 (15) 을 마스크에 사용하여 중간층 (17) 을 에칭함으로써, 레지스트층 (15) 및 중간층 (17) 에 박막 패턴을 형성한다. 또한, 박막 패턴이 형성된 레지스트층 (15) 및 중간층 (17) 을 마스크로 사용하여, 기재 (11) 를 에칭할 수 있다. 따라서, 제 2 제조 방법에서는, 제 1 제조 방법에 비해, 마스크로서 사용 가능한 막두께가 증가하기 때문에, 기재 (11) 의 두께 방향에 대한 요철 구조 (13) 의 가공 깊이를 증가시킬 수 있다. 따라서, 본 실시형태의 제 2 제조 방법에 의하면, 보다 가공 깊이가 큰 요철 구조 (13) (예를 들어, 1 ㎛ ∼ 10 ㎛ 정도) 를 갖는 원반 (1) 을 제조할 수 있다.
(제 2 제조 방법의 개요)
이하에서는, 도 9a ∼ 도 9e 를 참조하여, 본 실시형태에 관련된 제 2 제조 방법에 대해서, 보다 구체적으로 설명한다. 도 9a ∼ 도 9e 는, 본 실시형태에 관련된 제 2 제조 방법의 각 공정을 설명하는 단면도이다. 또한, 도 9a ∼ 도 9e 에서는, 기재 (11) 를 두께 방향으로 절단했을 때의 단면 형상을 모식적으로 나타내고 있다.
먼저, 도 9a 에 나타내는 바와 같이, 예를 들어, 석영 유리 등의 기재 (11) 상에 중간층 (17) 이 형성되고, 중간층 (17) 상에 레지스트층 (15) 이 성막된다.
중간층 (17) 은, 실리콘, 다이아몬드 라이크 카본 (diamond-like carbon：DLC), 또는 유기 레지스트 등으로 형성된다. 중간층 (17) 이 실리콘 또는 DLC 인 경우, 중간층 (17) 은, 예를 들어, 증착법, 스퍼터법 또는 화학 기상 증착법 (Chemical Vapor Deposition：CVD) 등을 이용함으로써 형성되어도 된다. 또, 중간층 (17) 이 유기 레지스트인 경우, 중간층 (17) 은, 예를 들어, 스핀 코팅, 슬릿 코팅, 딥 코팅, 스프레이 코팅, 또는 스크린 인쇄 등을 이용함으로써 형성되어도 된다. 또한, 중간층 (17) 이 갖는 바람직한 특성에 대해서는, 후술한다.
또, 레지스트층 (15) 은, 열 리소그래피를 실시하기 위해서, 금속 산화물을 포함하는 열 반응형 레지스트로 형성된다. 레지스트층 (15) 은, 예를 들어, 스퍼터법을 이용함으로써 성막되어도 된다.
다음으로, 도 9b 에 나타내는 바와 같이, 노광 장치에 의해 레지스트층 (15) 이 노광되고, 레지스트층 (15) 에 잠상 (15A) 이 형성된다. 구체적으로는, 레이저 광 (20) 을 레지스트층 (15) 에 대하여 조사하고, 레이저 광 (20) 이 조사된 레지스트층 (15) 의 부위를 변성시킴으로써, 잠상 (15A) 이 형성된다. 또한, 이 공정에서 사용되는 노광 장치는, 제 1 제조 방법에서 설명한 노광 장치 (2) 와 동일하기 때문에, 여기서의 설명은 생략한다. 제 1 제조 방법에서 설명한 노광 장치를 사용함으로써, 입력된 임의의 오브젝트에 대응하는 위치의 레지스트층 (15) 에 레이저 광 (20) 을 조사할 수 있다.
계속해서, 도 9c 에 나타내는 바와 같이, 잠상 (15A) 이 형성된 레지스트층 (15) 상에 현상액이 적하되고, 레지스트층 (15) 이 현상된다. 현상액은, 예를 들어, 수산화테트라메틸암모늄 (TMAH) 등의 유기 알칼리계의 현상액을 사용할 수 있다. 이에 따라, 레지스트층 (15) 에 임의의 오브젝트에 대응하는 레지스트 패턴이 형성된다.
다음으로, 도 9d 에 나타내는 바와 같이, 레지스트 패턴이 형성된 레지스트층 (15) 을 마스크로서 사용하고, 중간층 (17) 을 에칭하는 제 1 에칭 공정이 실시된다. 이에 따라, 중간층 (17) 에 대해서도 박막 패턴이 형성된다. 중간층 (17) 에 대한 제 1 에칭에는, 드라이 에칭을 사용할 수 있다. 예를 들어, 중간층 (17) 의 재질이 DLC 인 경우, 산소 가스를 사용한 반응성 이온 에칭 (Reactive Ion Etching：RIE) 을 사용함으로써, 수직 이방성이 높은 에칭을 실시할 수 있다.
계속해서, 도 9e 에 나타내는 바와 같이, 박막 패턴이 형성된 레지스트층 (15) 및 중간층 (17) 을 마스크로서 사용하고, 기재 (11) 를 에칭하는 제 2 에칭 공정이 실시된다. 이에 따라, 기재 (11) 에 대하여, 임의 형상의 요철 구조 (13) 가 형성된다. 또한, 기재 (11) 에 대한 에칭에는, 드라이 에칭을 사용할 수 있다. 예를 들어, 기재 (11) 의 재질이 석영 유리 (SiO2) 인 경우, 불화탄소계 가스를 사용한 반응성 이온 에칭을 이용함으로써, 수직 이방성이 높은 에칭을 실시할 수 있다.
이상의 공정에 의하면, 기재 (11) 에 대하여, 입력된 임의의 오브젝트에 대응하는 형상을 갖고, 또한, 가공 깊이가 큰 요철 구조 (13) (예를 들어, 1 ㎛ ∼ 10 ㎛ 정도) 를 형성할 수 있다.
(중간층의 특성)
여기서, 중간층 (17) 은, 제 1 에칭 공정에 있어서, 레지스트층 (15) 의 에칭 레이트보다 빠른 에칭 레이트를 갖고, 제 2 에칭 공정에 있어서, 기재 (11) 의 에칭 레이트보다 느린 에칭 레이트를 갖는 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 중간층 (17) 은, DLC 또는 유기 레지스트 등으로 형성된 유기층인 것이 바람직하다.
예를 들어, 레지스트층 (15) 이 금속 산화물을 포함하는 열 반응형 레지스트 인 경우, DLC 또는 유기 레지스트 등으로 형성된 유기층은, 산소 가스를 사용한 반응성 이온 에칭시에, 레지스트층 (15) 보다 에칭 레이트가 빨라진다. 또, 기재 (11) 의 재질이 석영 유리 (SiO2) 인 경우, DLC 또는 유기 레지스트 등으로 형성된 유기층은, 불화탄소계 가스를 사용한 반응성 이온 에칭시에, 기재 (11) 보다 에칭 레이트가 느려진다. 따라서, 중간층 (17) 이 DLC 또는 유기 레지스트 등으로 형성된 유기층인 경우, 본 실시형태에 관련된 제 2 제조 방법에서는, 적합하게 기재 (11) 를 에칭하고, 가공 깊이가 큰 요철 구조 (13) 를 갖는 원반 (1) 을 제조할 수 있다.
또, 중간층 (17) 은, 열전도율이 200 W/(m·K) 이하인 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 본 실시형태에 관련된 제 2 제조 방법에서는, 레지스트층 (15) 은, 열 리소그래피에 의해 잠상 (15A) 이 형성된다. 그 때문에, 중간층 (17) 의 열전도율이 높은 경우, 레이저 광 (20) 의 조사에 의해 레지스트층 (15) 에 부여된 열이 중간층 (17) 을 통해서 확산되어 버려, 잠상 (15A) 을 형성할 수 없을 가능성이 있다. 따라서, 중간층 (17) 의 열전도율은, 보다 낮은 쪽이 바람직하고, 구체적으로는 200 W/(m·K) 이하인 것이 바람직하다. 또한, 중간층 (17) 의 재질의 열전도율의 하한값은 특별히 규정하는 것은 아니지만, 0 보다는 큰 것이 바람직하다.
또한, 중간층 (17) 은, 기재 (11) 상에 직접 형성된 레지스트층 (15) 에 대한 레이저 광 (20) 의 반사율과, 기재 (11) 상에 중간층 (17) 을 개재시켜 형성된 레지스트층 (15) 에 대한 레이저 광 (20) 의 반사율의 차가 5 ％ 이하가 되는 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
구체적으로는, 레지스트층 (15) 에 조사한 레이저 광 (20) 의 반사율이 증가한 경우, 열 리소그래피의 노광에 기여하는 레이저 광 (20) 의 비율이 감소한다. 그 때문에, 중간층 (17) 은, 중간층 (17) 을 형성한 것에 의해 레지스트층 (15) 에 대한 레이저 광 (20) 의 거동을 크게 변동시키지 않는 것이 바람직하고, 레지스트층 (15) 에 대한 레이저 광의 반사율의 변화가 작은 재질인 것이 바람직하다.
또, 노광 장치가, 레이저 광 (20) 의 반사광의 비점수차를 검출함으로써 레이저 광 (20) 의 포커스를 제어하고 있는 경우, 중간층 (17) 은, 노광 장치가 레이저 광 (20) 의 반사광을 검출할 수 있도록, 반사광의 광량을 감소시키지 않는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 중간층 (17) 은, 중간층 (17) 의 유무에 따라, 레지스트층 (15) 으로부터의 반사광이 크게 변화하지 않는 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
여기서, 중간층 (17) 이 형성되지 않고, 기재 (11) 에 레지스트층 (15) 만이 성막된 경우, 가공 깊이가 큰 요철 구조 (13) (예를 들어, 1 ㎛ ∼ 10 ㎛ 정도) 를 기재 (11) 에 형성하는 것이 곤란해진다. 구체적으로는, 레지스트층 (15) 에서는, 열 리소그래피에 의해 잠상 (15A) 이 형성되기 때문에, 레이저 광 (20) 에 의한 열을 레지스트층 (15) 의 두께 방향으로 기재 (11) 측까지 전도시킬 필요가 있다. 그 때문에, 레지스트층 (15) 이 100 ㎚ 이상의 막두께인 경우, 조사된 레이저 광 (20) 의 열이 기재 (11) 측까지 전도하지 않아, 적절한 잠상 (15A) 을 형성할 수 없게 된다. 따라서, 레지스트층 (15) 이 100 ㎚ 이상의 막두께인 경우, 적절한 잠상 (15A) 을 형성할 수 없어, 기재 (11) 의 에칭이 곤란해지기 때문에, 가공 깊이가 큰 요철 구조 (13) (예를 들어, 1 ㎛ ∼ 10 ㎛ 정도) 를 기재 (11) 에 형성하는 것이 곤란해진다.
한편, 중간층 (17) 에는, 상기의 레지스트층 (15) 과 같은 막두께의 제한은 없기 때문에, 기재 (11) 에 형성하는 요철 구조 (13) 의 가공 깊이에 기초하여 적절한 막두께를 설정하고, 가공 깊이가 큰 요철 구조 (13) 를 기재 (11) 에 형성할 수 있다.
이상에서, 본 실시형태에 관련된 제 2 제조 방법에 대해서 상세하게 설명하였다. 본 실시형태에 관련된 제 2 제조 방법에 의하면, 기재 (11) 의 두께 방향에 대하여 큰 가공 깊이를 갖고, 임의 형상의 요철 구조 (13) 가 형성된 원반 (1) 을 제조할 수 있다.
실시예
＜3. 실시예＞
이하에서는, 실시예 및 비교예를 참조하면서, 상기 실시형태에 관련된 원반의 제조 방법에 대해서, 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시예는, 상기 실시형태에 관련된 원반의 제조 방법의 실시 가능성 및 효과를 나타내기 위한 일 조건이며, 본 발명에 관련된 원반의 제조 방법이 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[3.1. 중간층의 특성 평가］
이하의 공정에 의해, 기재 상에 중간층 및 레지스트층을 적층하여 시험편을 제조하고, 중간층의 바람직한 특성에 대해서 평가하였다.
(시험예 1)
석영 유리로 이루어지는 기재 상에, 탄화수소계 가스를 사용한 화학 기상 증착 (CVD) 에 의해, 중간층으로서 DLC 를 막두께 500 ㎚ 로 성막하였다. 다음으로, 중간층 상에 레지스트층으로서 텅스텐 산화물을 스퍼터법에 의해 막두께 55 ㎚ 로 성막하고, 시험편을 제조하였다.
(시험예 2)
시험예 1 에 있어서, DLC 대신에 실리콘 (Si) 을 스퍼터법에 의해 막두께 500 ㎚ 로 성막하고, 중간층을 형성한 것 이외에는, 시험예 1 과 동일한 방법으로 시험편을 제조하였다.
(시험예 3)
시험예 1 에 있어서, DLC 대신에 알루미늄 (Al) 을 스퍼터법에 의해 막두께 500 ㎚ 로 성막하고, 중간층을 형성한 것 이외에는, 시험예 1 과 동일한 방법으로 시험편을 제조하였다.
(참고예)
시험예 1 에 있어서, 중간층을 형성하지 않고, 기판 상에 직접 레지스트층을 형성한 것 이외에는, 시험예 1 과 동일한 방법으로 시험편을 제조하였다.
시험예 1 ∼ 3 에 관련된 시험편에 대해, 노광 장치에 의해 레이저 광을 조사하고, 잠상을 형성할 수 있는지 여부를 평가하였다. 노광의 레이저 광원에는, 파장 405 ㎚ 의 레이저 광을 발하는 청색 반도체 레이저를 사용하였다. 또, 노광 후의 현상에는, TMAH (수산화테트라메틸암모늄) 의 2.38 질량％ 수용액을 사용하고, 27 ℃ 에서 900 초간 현상하였다.
평가 결과를 중간층의 재질의 열전도율 (문헌값) 과 함께 이하의 표 1 에 나타낸다. 또한, 표 1 에 있어서, 「○」 은, 현상 후에 패턴이 형성되어 있고, 레이저 광의 조사에 의해 잠상이 형성 가능했던 것을 나타낸다. 또, 「×」 는, 현상 후에 패턴이 형성되어 있지 않고, 레이저 광의 조사에 의해 잠상을 형성할 수 없었던 것을 나타낸다.
Figure 112016116915127-pct00001
표 1 을 참조하면, 시험예 1 및 2 에 관련된 시험편은, 중간층의 열전도율이 200 W/(m·K) 이하이기 때문에, 레이저 광의 열이 레지스트층으로부터 중간층으로 확산하지 않고, 레지스트층에 잠상을 형성할 수 있는 것을 알 수 있다. 한편, 시험예 3 에 관련된 시험편은, 중간층의 열전도율이 200 W/(m·K) 를 초과하기 때문에, 레이저 광의 열이 레지스트층으로부터 중간층으로 확산하고, 레지스트층에 잠상을 형성할 수 없는 것을 알 수 있다.
또, 광학 박막 코팅 특성 계산 소프트웨어에 의한 계산으로, 시험예 1 및 3, 참고예에 관련된 시험편의 반사율을 파장마다 산출하였다. 광학 박막 코팅 특성 계산 소프트웨어에는, TFcalc (Software Spectra 사) 를 사용하였다. 산출한 반사율의 결과를 도 10 에 나타낸다. 도 10 은, 시험예 1 및 3, 참고예에 관련된 시험편의 반사율의 계산 결과이다. 또한, 도 10 에서 나타내는 반사율은, 시험편의 표면의 법선 방향으로부터 광이 입사했을 경우의 반사율이다.
도 10 에 나타내는 바와 같이, 중간층으로서 DLC 를 성막한 시험예 1 의 반사율과, 기재 상에 레지스트층만을 성막한 참고예의 반사율의 차는, 각 파장에 있어서 5 ％ 이하였다. 따라서, 중간층으로서 DLC 를 사용한 경우, 중간층의 유무에 의한 레이저 광에 대한 영향이 작은 것을 알 수 있다. 한편, 중간층으로서 Al 을 성막한 시험예 3 의 반사율과, 기재 상에 레지스트층만을 성막한 참고예의 반사율의 차는, 각 파장에 있어서 5 ％ 를 초과하고 있었다. 따라서, 중간층으로서 DLC 를 사용한 경우, 중간층의 유무에 의한 레이저 광에 대한 영향이 크기 때문에, 노광이 곤란해지는 것을 알 수 있다.
또한, 시험예 1 에서 성막한 중간층 (DLC), 레지스트층 (텅스텐 산화물), 및 기재 (석영 유리) 의 각각에 대해, 에칭 가스에 산소 가스 또는 불화탄소계 가스 (CF4/CHF3 가스) 를 사용한 경우의 에칭 레이트를 확인하였다.
각 층에 대한 에칭 레이트의 확인 결과를 이하의 표 2 에 나타낸다. 또한, 에칭 장치에는, 반응성 이온 에칭 (RIE) 장치를 사용하였다. 에칭 가스에 O2 가스 (유량 30 sccm) 를 사용하는 경우, 가스압은 0.5 ㎩, 투입 전력은 150 W 로 하였다. 또, 에칭 가스에 CF4/CHF3 가스 (유량 5 sccm/25 sccm) 를 사용하는 경우, 가스압은 0.5 ㎩, 투입 전력은 200 W 로 하였다.
Figure 112016116915127-pct00002
표 2 를 참조하면, 레지스트층을 마스크로 하여 중간층을 에칭하는 공정에서는, O2 가스를 에칭 가스에 사용함으로써, 중간층의 에칭 레이트를 레지스트층의 에칭 레이트보다 빠르게 할 수 있다. 또, 레지스트층 및 중간층을 마스크로 하여 기재를 에칭하는 공정에서는, CF4/CHF3 가스를 에칭 가스에 사용함으로써, 레지스트층 및 중간층의 에칭 레이트를 기재의 에칭 레이트보다 느리게 할 수 있다.
이상의 중간층의 특성 평가로부터, 시험예 1 에 관련된 레지스트층 및 중간층은, 상기에서 설명한 본 실시형태의 제 2 제조 방법에 적합하게 사용되는 것을 알 수 있다.
[3.2. 원반의 제조］
계속해서, 이하의 공정에 의해 원반을 제조하였다.
(실시예 1)
먼저, 4.5 ㎜ 두께의 원통 형상의 석영 유리로 이루어지는 기재의 외주면에, 탄화수소계 가스를 사용한 CVD 에 의해, 중간층으로서 DLC 를 막두께 800 ㎚ 로 성막하였다. 다음으로, 중간층 상에 텅스텐 산화물을 스퍼터법에 의해 막두께 55 ㎚ 로 성막하였다.
계속해서, 노광 장치에 의해 레이저 광에 의한 열 리소그래피를 실시하고, 레지스트층에 잠상을 형성하였다. 또한, 노광 장치의 레이저 광원에는, 파장 405 ㎚ 의 레이저 광을 발하는 청색 반도체 레이저를 사용하였다. 기재를 900 rpm 으로 회전시키고, 레이저 광을 기재의 축 방향으로 1.5 ㎛/초로 주사하면서 노광하였다. 입력 화상 (노광 패턴) 에는, 직경 4 ㎛ 의 원을 5 ㎛ 피치로 지그재그 형상으로 배열한 육방 격자 배열의 화상을 사용하고, 입력 화상의 분할 간격은, 기재의 둘레 방향 및 축 방향 모두 100 ㎚ 간격으로 하였다. 또, 직경 4 ㎛ 의 원이 볼록부에 대응하도록, 노광 장치로 직경 4 ㎛ 의 원 이외의 부분을 노광하였다. 또한, 노광 시간은 45 시간이었다.
계속해서, 노광한 기재를 TMAH 의 2.38 질량％ 수용액을 사용하여, 27 ℃ 에서 900 초간 현상하고, 노광한 부분의 레지스트를 용해시켰다.
또한, 현상 후의 레지스트층을 마스크에 사용하여, 중간층을 에칭하는 제 1 에칭 공정을 실시하였다. 제 1 에칭 공정에서는, 에칭 가스에 O2 가스 (유량 30 sccm) 를 사용하고, 가스압 0.5 ㎩, 투입 전압 150 W 로, 80 분간, 반응성 이온 에칭을 실시하였다. 계속해서, 레지스트층 및 중간층을 마스크에 사용하여, 기재를 에칭하는 제 2 에칭 공정을 실시하였다. 제 2 에칭 공정에서는, 에칭 가스에 CF4 가스 (유량 5 sccm) 및 CHF3 가스 (유량 25 sccm) 를 사용하고, 가스압 0.5 ㎩, 투입 전압 200 W 로, 500 분간, 반응성 이온 에칭을 실시하였다.
이상의 공정에 의해, 실시예 1 에 관련된 원반을 제조하였다.
(실시예 2)
실시예 1 에 있어서, 입력 화상 (노광 패턴) 에, 3.5 ㎛ 사방의 정방형을 4.5 ㎛ 피치로 배열한 사방 격자 배열의 화상을 사용한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 방법으로 원반을 제조하였다. 또한, 실시예 1 과 동일하게, 3.5 ㎛ 사방의 정방형이 볼록부에 대응하도록, 노광 장치로 3.5 ㎛ 사방의 정방형 이외의 부분을 노광하였다.
(비교예 1)
열 리소그래피를 이용하지 않고, 기계적 가공인 초정밀 절삭에 의해, 비교예 1 에 관련된 원반을 제조하였다. 도 13a 는, 비교예 1 에 관련된 원반에 형성한 패턴을 설명하는 설명도이며, 도 13b 는, 비교예 1 에 관련된 원반에 형성한 패턴을 기재의 두께 방향으로 절단했을 때의 단면을 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 13a 에 나타내는 바와 같이, 비교예 1 에 관련된 원반은, 원통 형상의 기재 (11A) 로 이루어지고, 기재 (11A) 의 외주면에는 요철 구조 (13A) 가 형성된다. 요철 구조 (13A) 는, 예를 들어, 기재 (11A) 의 축 방향으로 소정의 간격으로 형성된 세로 홈 (131A) 과, 세로 홈 (131A) 과 직교하고, 소정의 간격으로 형성된 가로 홈 (133A) 으로 이루어진다. 또, 도 13b 에 나타내는 바와 같이, 비교예 1 에 관련된 원반의 세로 홈 (131A) 및 가로 홈 (133A) 의 홈 폭은 2 ㎛ 로 형성하고, 홈 피치는 7 ㎛ 로 형성하고, 홈 깊이는 4 ㎛ 로 형성하였다.
구체적으로는, 먼저, 스테인리스강으로 이루어지는 기재의 외주면에 도금법에 의해 니켈 인층을 막두께 200 ㎛ 로 형성하였다. 다음으로, 초정밀 선반에 의해, 단결정 다이아몬드 공구를 사용하여, 기재를 회전시키면서, 니켈 인층에 상기 서술한 홈 폭 2 ㎛, 홈 피치 7 ㎛, 홈 깊이 4 ㎛ 의 홈을 축 방향으로 220 ㎜ 의 폭으로 형성하였다. 또한, 기재 (11A) 의 가공은, 세로 홈 (131A) 의 가공, 및 가로 홈 (133A) 의 가공의 2 회로 나누어 실시하였다. 또한, 모든 홈을 형성하기 위해서, 47 일간 걸렸다. 또, 단결정 다이아몬드 공구는, 마모에 수반하여, 가공 중에 4 ∼ 5 회 교환하였다.
[3.3. 원반의 평가］
상기 공정에 의해 제조한 실시예 1 및 2, 비교예 1 에 관련된 원반에 대해서, 형성한 요철 구조를 UV (자외선) 전사 필름에 전사함으로써 평가하였다. 또한, 이하에서 설명하는 SEM 화상은, 원반의 전사물을 관찰하고 있다. 그 때문에, 이하에서 나타내는 전사물의 패턴의 요철 구조는, 원반의 요철 구조에 대하여, 오목부와 볼록부의 위치가 반전하고 있다.
먼저, 도 11 및 12 를 참조하여, 실시예 1 및 2 에 관련된 원반의 전사물에 대한 주사형 전자 현미경 (Scanning Electron Microscope：SEM) 의 관찰 결과를 설명한다.
도 11 은, 실시예 1 에 관련된 원반의 전사물을 관찰한 SEM 화상이며, 도 12 는, 실시예 2 에 관련된 원반의 전사물을 관찰한 SEM 화상이다. 또, 도 11A 및 도 12A 는, 전사물의 상면을 관찰한 SEM 화상이며, 도 11B 및 도 12B 는, 도 11A 및 도 12A 에 나타내는 전사물을 X-XX 선으로 절단한 단면을 관찰한 SEM 화상이다.
도 11A 및 도 12A 를 참조하면, 실시예 1 및 2 에 관련된 원반은, 각각 노광 장치에 입력된 임의 형상을 갖는 요철 구조가 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 11A 및 도 12A 에 있어서, SEM 화상의 상하 방향이 기재의 둘레 방향에 상당하고, 좌우 방향이 기재의 축 방향에 상당한다. 또, 도 11B 및 도 12B 를 참조하면, 실시예 1 및 2 에 관련된 원반은, 요철 구조의 높이가 3.4 ㎛ ∼ 3.5 ㎛ 이고, 마이크로미터 오더의 큰 가공 깊이를 갖는 요철 구조를 형성할 수 있는 것을 알 수 있다.
계속해서, 실시예 1, 2, 및 비교예 1 에 관련된 원반의 가공 깊이의 편차에 대해서 평가하였다. 구체적으로는, 실시예 1, 2, 및 비교예 1 에 관련된 원반을 UV 전사 필름에 전사하여 전사물을 제조하였다. 또, 제조한 전사물을 레이저 현미경에 의해 둘레 방향 4 개 지점, 축 방향 4 개 지점씩 깊이를 측정하고, 최대 깊이 편차를 산출하였다. 또한, 레이저 현미경은, 키엔스 제조의 VK8700 을 사용하였다. 또한, 비교예 1 은, 깊이 편차가 컸기 때문에, 동일 조건으로 2 회 원반을 제조하고, 각각 깊이 편차를 평가하였다.
깊이 편차 측정의 결과를 이하의 표 3 에 나타낸다.
Figure 112016116915127-pct00003
표 3 을 참조하면, 열 리소그래피를 사용하여 요철 구조를 형성한 실시예 1 에 관련된 원반은, 기계적 가공을 사용하여 요철 구조를 형성한 비교예 1 에 관련된 원반에 비해, 깊이 편차가 작은 것을 알 수 있다.
또, 비교예 1 에 관련된 원반은, 세로 홈의 가공과, 가로 홈의 가공으로 나누어 가공하고 있기 때문에, 세로 홈과 가로 홈 사이에서 가공 깊이가 상이하고, 단차가 발생하고 있는 것을 알 수 있었다. 구체적으로는, 비교예 1 에 관련된 원반에서 발생하고 있는 단차는, 최대 1.4 ㎛ ∼ 1.6 ㎛ 였다. 한편, 실시예 1 에 관련된 원반에서는, 요철 구조 중에 단차는 관찰되지 않았다.
이것은, 비교예 1 에 관련된 원반에서는, 가공에 사용하는 단결정 다이아몬드 공구가 가공의 진행에 수반하여 마모되고, 가공 깊이가 목표값보다 얕아지는 것이 원인인 것으로 생각된다. 그래서, 비교예 1 에 관련된 원반에 있어서, 단결정 다이아몬드 공구의 가공 거리와 목표 깊이로부터의 변화량과의 관계를 평가하였다. 평가 결과를 도 14 에 나타낸다. 도 14 는, 단결정 다이아몬드 공구의 가공 거리와, 목표 깊이로부터의 변화량과의 관계를 나타내는 그래프도이다. 또한, 도 14 에 나타내는 □ 점, △ 점, × 점은, 각각 상이한 단결정 다이아몬드 공구에 대응한다.
또, 단결정 다이아몬드 공구의 가공 거리와 목표 깊이로부터의 변화량과의 관계는, 깊이 편차와 마찬가지로, 레이저 현미경에 의해 비교예 1 에 관련된 원반의 전사물의 깊이를 측정함으로써 평가하였다. 구체적으로는, 단결정 다이아몬드 공구 3 개 각각이 형성한 홈의 깊이가, 가공 거리에 의해 어떻게 변화하고 있는지를, 원반의 전사물을 관찰함으로써 측정하였다.
도 14 에 나타내는 바와 같이, 어느 단결정 다이아몬드 공구도, 가공 거리가 길어짐에 따라 마모되고, 홈의 가공 깊이가 목표값보다 얕아져 있는 것을 알 수 있었다. 또, 단결정 다이아몬드 공구마다 가공 거리에 대한 마모의 진행 정도가 흐트러져 있는 것을 알 수 있었다. 이와 같은 단결정 다이아몬드 공구마다의 편차도, 비교예 1 에 관련된 원반의 가공 깊이의 편차의 원인이 되고 있는 것으로 생각된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 원반의 제조 방법에 의하면, 임의 형상을 갖는 요철 구조가 형성된 원반을 단기간에 제조할 수 있다. 또, 본 실시형태에 관련된 원반의 제조 방법에 의하면, 마이크로미터 오더의 가공 깊이를 갖는 요철 구조가 형성된 원반을 제조할 수 있다. 또한, 본 실시형태에 관련된 제조 방법에 의해 제조된 원반은, 마이크로 미터 오더의 가공 깊이를 갖는 요철 구조를 형성 가능한 다른 방법인 초정밀 절삭과 비교하여 요철 구조의 가공 깊이 편차를 작게 할 수 있는 것을 알 수 있었다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시형태에 대해서 상세하게 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술의 분야에 있어서의 통상의 지식을 갖는 사람이면, 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에 있어서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 분명하고, 이들에 대해서도, 당연하게 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다.
또한, 본 발명에 관련된 제조 방법에 의해 제조된 원반의 전사물은, 임의 형상의 요철 구조를 갖기 때문에, 다양한 용도에 적용할 수 있다.
예를 들어, 전사물은, 전사된 요철 구조에 대하여 회로를 형성함으로써, 프린티드·일렉트로닉스에 대하여 적용할 수 있다. 다른 예로는, 전사물은, 전사된 요철 구조에 대하여 혈액 등의 생체 시료의 유로를 형성함으로써, 바이오 센서 또는 진단 디바이스로서 적용할 수 있다. 또, 전사물은, 전사된 요철 구조로 광학적 특성을 제어함으로써, 광학 소자로서 적용할 수 있다. 또한, 전사물은, 전사된 요철 구조를 사용함으로써, 입자 배열 시트로서 적용할 수 있다.
1 : 원반
2 : 노광 장치
11 : 기재
13 : 요철 구조
15 : 레지스트층
15A : 잠상
17 : 중간층
20 : 레이저 광
21 : 레이저 광원
40 : 포매터
401 : 입력 화상 취득부
403 : 소영역 분할부
405 : 신호 생성부
407 : 클록 신호 생성부

Claims (15)

  1. 원통 또는 원기둥 형상의 기재의 외주면에 박막층을 형성하는 스텝과,
    오브젝트가 그려진 입력 화상을 복수의 소영역으로 분할하고, 상기 소영역의 각각에 상기 오브젝트가 포함되는지 여부에 기초하여, 상기 소영역에 레이저 광을 조사하는지 여부를 결정하고, 당해 결정 결과에 기초하여 상기 오브젝트에 대응하는 제어 신호를 생성하는 스텝과,
    상기 제어 신호에 기초하여 상기 박막층에 상기 레이저 광을 조사하고, 상기 박막층에 상기 오브젝트에 대응하는 박막 패턴을 형성하는 스텝과,
    상기 박막 패턴이 형성된 상기 박막층을 마스크로 사용하여, 상기 기재의 상기 외주면에 상기 오브젝트에 대응하는 패턴을 형성하는 스텝을 포함하는, 원반(原盤)의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 소영역의 크기는, 상기 레이저 광의 스폿의 크기보다 작은, 원반의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막층에 상기 박막 패턴을 형성하는 스텝은,
    상기 기재의 중심축을 회전축으로 하여 상기 기재를 회전시키면서, 상기 기재에 상기 레이저 광을 조사하는, 원반의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어 신호는, 상기 기재의 회전을 제어하는 신호와 동기하도록 생성되는, 원반의 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 광의 광원은, 반도체 레이저이고,
    상기 박막층에는, 열 리소그래피에 의해 상기 박막 패턴이 형성되는, 원반의 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막층은, 상기 외주면에 형성된 중간층과, 상기 중간층 상에 형성된 레지스트층을 포함하고,
    상기 박막층에 상기 박막 패턴을 형성하는 스텝은,
    상기 레지스트층을 현상함으로써 상기 레지스트층에 상기 박막 패턴을 형성하는 스텝과,
    상기 레지스트층을 마스크로 하여, 상기 중간층을 에칭하는 스텝을 포함하는, 원반의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 중간층의 에칭 레이트는, 상기 레지스트층의 에칭 레이트보다 빠르고,
    상기 중간층의 에칭 레이트는, 상기 기재의 에칭 레이트보다 느린, 원반의 제조 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 중간층의 열전도율은, 200 W/(m·K) 이하인, 원반의 제조 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 기재 상에 직접 형성된 상기 레지스트층에 대한 상기 레이저 광의 반사율과, 상기 기재 상에 상기 중간층을 개재시켜 형성된 상기 레지스트층에 대한 상기 레이저 광의 반사율의 차는, 5 ％ 이하인, 원반의 제조 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 레지스트층은, 금속 산화물을 포함하는, 원반의 제조 방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 중간층은, 다이아몬드 라이크 카본을 포함하는, 원반의 제조 방법.
  13. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법에 의해 제조된 원반의 패턴을 전사하는 스텝을 포함하는 전사물의 제조 방법.
  14. 제 13 항에 기재된 전사물의 제조 방법에 의해 제조된 전사물의 패턴을 전사하는 스텝을 포함하는 레플리카 원반의 제조 방법.
  15. 제 14 항에 기재된 레플리카 원반의 제조 방법에 의해 제조된 레프리카 원반의 패턴을 전사하는 스텝을 포함하는 전사물의 제조 방법.
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