基板の表面平坦化方法
【課題】近接場光によるエッチングが困難なサイズの凸部でも光の照射により選択的にエッチングすることを可能とする。
【解決手段】基板の表面に形成された凸部をエッチングするための基板の表面平坦化方法である。凸部３が露出するように基板２の表面２ａにレジスト５を被覆させる。続いて、エッチングガス雰囲気中において当該エッチングガスのガス分子６の吸収端波長より長波長の伝搬光を基板２に照射する。このとき、凸部２のレジスト５からの露出部４の表面において、照射した伝搬光によりガス分子４を断熱過程を経て解離させることによって露出部４がエッチングされる。
【解決手段】基板の表面に形成された凸部をエッチングするための基板の表面平坦化方法である。凸部３が露出するように基板２の表面２ａにレジスト５を被覆させる。続いて、エッチングガス雰囲気中において当該エッチングガスのガス分子６の吸収端波長より長波長の伝搬光を基板２に照射する。このとき、凸部２のレジスト５からの露出部４の表面において、照射した伝搬光によりガス分子４を断熱過程を経て解離させることによって露出部４がエッチングされる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録媒体用基板等の基板の表面に形成された凸部をエッチングするための基板の表面平坦化方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、記録媒体用基板等の基板の表面を研磨するための方法として、化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）が知られている（例えば、特許文献１参照。）。ＣＭＰでは、円板状の定盤上に表面に研磨布が貼り付けられた研磨体を設置し、研磨体を回転させておき、研磨対象となる基板を回転させながら研磨体に押し付けることとしており、このときの研磨体と基板との間での相対運動により基板の表面の機械的研磨が行われる。また、このとき、研磨体と基板との間には研磨剤が供給されており、研磨剤の化学的作用により基板の表面の化学的研磨が行われる。この研磨剤は、一般に、酸化セリウムを主成分とするものが用いられている。このＣＭＰにより、基板の表面に形成された凸部のサイズを、例えば、ナノスケールにまで平坦化させることが可能となる。
【０００３】
また、従来より、基板の表面に形成されたナノスケールの凸部を平坦化するための方法として、近接場光を利用したエッチング方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この近接場光を利用したエッチング方法では、エッチングガス雰囲気中においてエッチングガス分子の吸収端波長より長波長の光を基板に照射することにより、その基板の表面に形成されたナノスケールの凸部に近接場光を発生させ、その近接場光により非断熱過程を経てエッチングガスのガス分子を解離させ、これによって、そのナノスケールの凸部を選択的にエッチングすることを特徴としている。これにより、ナノスケールの凸部を原子スケールまで平坦化することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平11-129155号公報
【特許文献２】特開2009-94345号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】大津元一、小林潔"ナノフォトニクスの基礎"オーム社、Ｐ１４１、Ｐ２０６〜Ｐ２０８（２００６年）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述のＣＭＰは、研磨剤としていわゆるレアメタルとして知られる酸化セリウムを用いる必要がある。酸化セリウムは、その産出国が限られている等の理由により非常に高価なものであり、製造コストを低減させる観点からは、ナノスケール以上のサイズの凸部をＣＭＰによることなく平坦化できるような方法の提案が望まれる。
【０００７】
このような方法として、上述のような近接場光を利用したエッチング方法を利用する方法も考えられる。しかしながら、近接場光は、ナノスケールの物体や部分の表面においてのみ強い電場強度を有するものとして局在するものである。このため、エッチング対象となる凸部のサイズがある程度大きい場合においては、近接場光によるガス分子の解離速度が極端に遅くなり、そのようなサイズの凸部を近接場光により選択的にエッチングすること自体が困難となる。
【０００８】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、近接場光によるエッチングが困難なサイズの凸部でも光の照射により選択的にエッチングすることを可能とする基板の表面平坦化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、上述した課題を解決するために、鋭意検討の末、下記の基板の表面平坦化方法を発明した。
第１発明に係る基板の表面平坦化方法は、基板の表面に形成された凸部をエッチングするための基板の表面平坦化方法において、前記凸部が露出するように前記基板の表面にレジストを被覆させるレジスト被覆工程と、エッチングガス雰囲気中において当該エッチングガスのガス分子の吸収端波長より長波長の伝搬光を前記基板に照射し、前記凸部のレジストからの露出部の表面において、前記照射した伝搬光により前記ガス分子を解離させることによって前記露出部をエッチングするエッチング工程とを有することを特徴とする。
第２発明に係る基板の表面平坦化方法は、第１発明において、前記エッチング工程では、前記ガス分子の吸収端波長より長波長であり、前記ガス分子の解離エネルギーをＥｂとしたときに、０．５×Ｅｂ以上の光エネルギーを有する波長の光を前記基板に照射することを特徴とする。
第３発明に係る基板の表面平坦化方法は、第１発明において、前記エッチング工程では、前記ガス分子の吸収端波長をλ1としたときに、λ1超（λ1＋λ1／１０）以下の波長の光を前記基板に照射することを特徴とする。
第４発明に係る基板の表面平坦化方法は、第１発明〜第３発明の何れかにおいて、前記凸部は少なくとも５ｎｍ以上のサイズであることを特徴とする。
第５発明に係る基板の表面平坦化方法は、第１発明〜第４発明の何れかにおいて、前記レジスト被覆工程では、スピンコート法により前記凸部が露出するように前記基板の表面にレジストを被覆させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第１発明〜第５発明によれば、近接場光によるエッチングが困難なサイズの凸部でも光の照射により選択的にエッチングすることが可能となる。また、そのようなサイズの凸部をＣＭＰを利用することなく光の照射により選択的にエッチングすることが可能となるので、ＣＭＰを利用するときに必要となる酸化セリウムが不要となり、製造コストの低減を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係るエッチング処理を行なううえで用いられる表面平坦化装置の概略的な構成を示す図である。
【図２】本発明の適用の対象となる基板の形状について説明するための断面図である。
【図３】本発明に係る表面平坦化方法の工程について説明するための断面図である。
【図４】（ａ）は基板の表面に形成された凸部を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）はその凸部が露出するようにレジストを被覆させた状態を模式的に示す斜視図である。
【図５】エッチングガスのガス分子のポテンシャルエネルギーを示す図である。
【図６】断熱過程及び非断熱過程のメカニズムについて説明するための図である。
【図７】基板の表面にガス分子が吸着したときのガス分子のポテンシャルエネルギーを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を適用した基板の表面平坦化方法を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
本発明の適用の対象となる基板２は、例えば、ガラス、アルミニウム、シリコンや、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ：polymenthyl methacrylate）のようなプラスチック等から構成される。基板２は、例えば、磁気ディスク用基板、光ディスク用基板等の記録媒体用基板として用いられる。
【００１４】
本発明においては、基板２の表面に形成された凸部３をエッチング処理することにより平坦化することを目的としているが、そのエッチング処理の対象となる凸部３は、少なくとも５ｎｍ以上のサイズのものが対象となる。５ｎｍ未満では、基板２の表面２ａに後述のレジスト５を被覆させたときに凸部３がレジスト５内に埋まってしまい、レジスト５から凸部３を露出させることができなくなる恐れがある。凸部３をレジスト５から露出させる観点からは、凸部３のサイズが１０ｎｍ以上であることがより好ましい。基板２の凸部３をレジスト５から露出させることにより、後述のように、そのレジスト５からの露出部４を選択的にエッチングすることが可能となる。因みに、凸部３は、そのサイズの上限値について特に限定するものではない。凸部３のサイズの一例を挙げると、例えば、５０ｎｍ〜２００ｎｍのものが挙げられる。基板２が磁気ディスク用基板から構成される場合、このようなサイズの凸部３を有する基板２は、例えば、ガラス基板を粗研磨するラッピング工程をすることにより得られる。なお、ここでいう凸部３のサイズとは、基板２の底部からの凸部３の高さのことをいう。
【００１５】
本発明に係る表面平坦化方法では、次に説明するような表面平坦化装置１を利用して後述のエッチング処理を行なう。
【００１６】
表面平坦化装置１は、図１に示すように、第１実施形態において、チャンバ１１と、チャンバ１１内に配設されたステージ１３と、チャンバ１１に接続されたガス供給管１２と、チャンバ１１外に配設された光源１４とを備えている。
【００１７】
ステージ１３は、その上面に基板２が載置されるものである。ステージ１３は、基板２の位置、向きを調整するための位置調整機構や、基板２を加熱するための加熱機構等が設けられていてもよく、これらを制御することにより、基板の表面をエッチング処理するときの反応速度をコントロールすることが可能となる。
【００１８】
ガス供給管１２からは、基板２の表面をエッチング処理するためのエッチングガスが供給される。エッチングガスとしては、例えば、Ｃｌ2（塩素）、ＢＣｌ3（三塩化ホウ素）、ＣＣｌ4（四塩化炭素）等の塩素系ガス、ＳｉＨ4（モノシラン）、Ｓｉ2Ｈ6（ジシラン）等のシラン系ガスが挙げられる。ガス供給管１２からは、上述のエッチングガスと混合してＮ2、Ｈｅ、Ａｒ等の不活性ガスが供給されていてもよい。
【００１９】
光源１４は、図示しない駆動電源による制御に基づき、所定の波長を有する光を射出するものである。光源１４は、射出された光がチャンバ１１の外面に設けられた窓１５を透過してステージ１３上の基板２に照射されるようにその位置が調整されている。光源１４は、例えば、レーザーダイオード等から構成される。光源１４は、基板２に照射される光の照射範囲を制御するため、偏光レンズ、集束レンズ等を有する光学系を備えていてもよい。光源１４から射出される光の波長は後述する。
【００２０】
また、表面平坦化装置１は、第１実施形態において、チャンバ１１内の気体を吸引するポンプ１６と、チャンバ１１内の圧力を検出する圧力センサ１７と、圧力センサ１７により検出されたチャンバ内圧に基づいて開閉するバタフライバルブ１８とを備えており、これらにより、チャンバ１１内の内圧の自動制御が実現可能とされている。
【００２１】
次に、本発明に係る表面平坦化方法について説明する。
【００２２】
本発明に係る表面平坦化方法は、レジスト被覆工程Ｓ１と、エッチング工程Ｓ２とを有する。
【００２３】
レジスト被覆工程Ｓ１では、図３（ａ）、図４に示すように、基板２の表面２ａにレジスト５を被覆させる。このとき、基板２の表面２ａの凸部３が露出するようにレジスト５を被覆させる。このように基板２の凸部３が露出するようにレジスト５を被覆させるうえでは、例えば、スピンコート法が用いられる。スピンコート法では、基板２の表面２ａに液状のレジスト５を滴下し、基板２を回転させることで遠心力により基板２の表面２ａの全体にレジスト５が塗布される。このとき、基板２の回転数、液状のレジストの粘度等を調整することにより、凸部３が露出するようなレジスト５の膜厚に調整する。レジスト５の膜厚は、例えば、３ｎｍ〜１０ｎｍ程度に調整される。これにより、基板２の表面２ａの全面に亘り均一な膜厚のレジスト５を被覆させつつ、レジスト５の膜厚以上のサイズの凸部３を露出させることが可能となる。レジスト５は、エッチングガスによりエッチングされない材料を選定し、例えば、Ｓｉ含有レジスト等が用いられる。
【００２４】
また、基板２の凸部３が露出するようにレジスト５を被覆させるうえでは、スピンコート法とともに蒸着法を利用して、Ｃｒ等の金属膜を蒸着させることとしてもよい。この場合、まず、スピンコート法により基板２の凸部３が露出するようにレジスト５を被覆させ、続いて、真空蒸着等によりレジスト５の表面及び基板２の露出部４の表面にＣｒ等の金属膜を堆積させる。最後に、レジスト５に対して不溶かつ基板２を溶解する溶液（フッ酸緩衝溶液）等により基板２の露出部４に堆積された金属膜のみ除去する。これにより、Ｃｒ等の金属膜から基板２の凸部３を露出させることが可能となる。
【００２５】
エッチング工程Ｓ２では、まず、エッチング処理すべき基板２をステージ１３に載置する。続いて、チャンバ１１内を密閉状態に保持し、所定圧力、所定温度に制御する。続いて、ガス供給管１２からエッチングガスを供給する。
【００２６】
ここで、エッチング工程Ｓ２では、図３（ｂ）に示すように、エッチングガス雰囲気中において次に説明するような二つの条件を満足する波長の伝搬光を光源１４から基板２の表面２ａに照射する。
【００２７】
伝搬光の波長は、まず第一の条件として、エッチングガスのガス分子６の吸収端波長より長波長とする。これは、基板２の表面２ａから離れた気相中でのエッチングガスのガス分子６の解離を防止しつつ、光源１４から射出された伝搬光を基板２の表面２ａにまで到達させるためである。
【００２８】
また、伝搬光の波長は、第二の条件として、基板２の露出部４の表面において、照射している伝搬光によりエッチングガスのガス分子を断熱過程を経て解離させることのできるような波長とする。この点について更に説明する。
【００２９】
図５は、エッチングガスのガス分子の原子核間距離に対するポテンシャルエネルギーの関係について示している。
【００３０】
エッチングガスにより基板２の表面をエッチングするうえでは、エッチングガスのガス分子を構成する複数の原子を解離させてラジカルを生成する必要がある。このガス分子を構成する複数の原子を十分に引き離すためのエネルギーが解離エネルギーＥｂに相当する。
【００３１】
ここで、光の照射によりガス分子を解離させるうえでは、断熱過程、非断熱過程（フォノン援用過程）の何れかを経ることになる。
【００３２】
断熱過程とは、ガス分子の電子の基底準位と励起準位とのエネルギー差Ｅａ以上の光エネルギーをもつ伝搬光を照射することにより、ガス分子の電子を基底準位から励起準位に直接励起させる過程をいう。電子が励起準位に励起されたガス分子は、図に示すような方向Ｐに解離させることが可能となる。
【００３３】
非断熱過程とは、近接場光によりガス分子を振動準位へ励起させて、これにより、ガス分子を解離させる過程をいう。このとき、非断熱過程は、ガス分子が複数の振動準位を介して励起準位にまで多段階的に励起される過程Ｓ１と、解離エネルギーＥｂ以上のエネルギー準位の振動準位まで直接又は多段階的に励起される過程Ｓ２との何れかに分類される。解離エネルギーＥｂ以上のエネルギー準位又は励起準位まで励起されたガス分子は、解離させることが可能となる。
【００３４】
断熱過程と非断熱過程とは、図６に示すような、原子同士の結合をバネで置き換えたモデルにより考えることができる。
【００３５】
一般に、伝搬光の波長は分子の寸法に比べると遥かに大きいため、分子レベルでは、伝搬光の照射により空間的に一様な電場が発生するものと考えることができる。このとき、ガス分子中の複数の電子は、図６（ａ）に示すように、伝搬光の照射により同振幅、同位相で振動することになる。また、ガス分子中の原子核は電子と比べて重いため、この電子の振動には追従することがない。この結果、伝搬光の照射により、電子のみが振動して原子核が振動しないことになる。このような、ガス分子の励起過程に分子振動が関わらないものが断熱過程に相当する（非特許文献１参照。）。
【００３６】
一方、近接場光はその空間的な電場勾配が物体表面から離れるにつれて急峻に低下するため、分子レベルでは、空間的に不均一な電場が発生するものと考えることができる。このとき、ガス分子中の複数の電子は、図６（ｂ）に示すように、近接場光の照射により異なる振動をすることになる。また、この複数の電子の振動により、原子核も振動することになる。この結果、ガス分子を振動準位に励起させることが可能となる。これが非断熱過程に相当する。このような、ガス分子の励起過程に分子振動に関わるものが非断熱過程に相当する。
【００３７】
本発明に係る表面平坦化方法では、エッチング処理の対象となる凸部３のサイズが少なくとも１０ｎｍ以上とされており、凸部３の表面に伝搬光を照射することにより発生する近接場光の電場強度が比較的小さい。このため、エッチングガスにより基板２の表面をエッチングするうえで、エッチングガスのガス分子を非断熱過程を経て解離させていたのでは、処理時間の過度の増大を招いてしまう。そこで、本発明においては、断熱過程を経てガス分子を解離させることとしている。
【００３８】
このとき、光源１４からは、上述の通り、ガス分子の吸収端波長より長波長の光を照射しているので、気相中ではガス分子が解離しない。しかしながら、基板２の表面にガス分子が吸着した場合、図７に示すように、基板２とガス分子との相互作用によりガス分子にエネルギーが与えられ、ガス分子の励起準位が方向Ｑに示すように小さくなり、基底準位から励起準位までのエネルギー差が小さくなる。このため、基板２の表面においては、ガス分子の吸収端波長より長波長の伝搬光を照射していても、基板２の表面に吸着しているガス分子を断熱過程を経て解離させることが可能となる。
【００３９】
このとき、基板２の露出部４の表面に吸着しているガス分子を断熱過程を経て解離させるうえでは、エッチングガスのガス分子の解離エネルギーをＥｂとしたときに、０．５×Ｅｂ以上の光エネルギーを有する波長の光を照射することが好ましい。これにより、基板２の露出部４の表面に吸着しているガス分子を断熱過程を経て解離させることが可能となる。ただし、この場合、基板２の露出部４の表面において断熱過程を経て解離されるガス分子は確率的に僅かなものであるので、エッチング速度を増大させるうえでは、照射する伝搬光の光強度を増大させておく。また、基板２の表面に吸着しているガス分子を断熱過程を経て解離させるうえでは、エッチングガスの吸収端波長をλ1としたときに、λ1超（λ1＋λ1／１０）以下の波長の光を照射するようにすれば、エッチング速度を更に増大させることが可能となる。
【００４０】
このような現象を実現するための波長の一例を挙げると、例えば、エッチングガスのガス分子としてＣｌ2を用いる場合、Ｃｌ2のガス分子の吸収端波長が４００ｎｍであることから、これより長波長である４０３ｎｍ、４０８ｎｍ等の波長の伝搬光を照射すればよい。このような波長は、ＩｎＧａＮレーザ等から射出される。
【００４１】
エッチング工程Ｓ２において、露出部４のエッチングをある程度進めたら、光源１４からの光の照射を終了する。続いて、基板２の表面のレジスト５を剥離液等により除去して、一連の作業を終了する。
【００４２】
以上によれば、近接場光によるエッチングが困難なサイズの凸部３でも光の照射により選択的にエッチングすることが可能となる。また、そのようなサイズの凸部３をＣＭＰを利用することなく光の照射により選択的にエッチングすることが可能となるので、ＣＭＰを利用するときに必要となる酸化セリウムが不要となり、製造コストの低減を図ることが可能となる。
【００４３】
このような効果は、ＣＭＰを利用することが必要となっていた記録媒体用基板の製造工程において特に顕著に発揮される。即ち、記録媒体用基板の製造工程では、基板表面を粗研磨するラッピング工程と、基板の内周面及び外周面を研削して面取りするチャンファ加工工程と、基板の表面をＣＭＰする研磨工程とを実行することとしていた。しかし、ＣＭＰを利用する研磨工程の代替として上述の方法を利用することにより、記録媒体用基板の製造コストの低減を図ることが可能となる。
【００４４】
以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明したが、前述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。
【符号の説明】
【００４５】
１ 表面平坦化装置
２ 基板
３ 凸部
４ 露出部
５ レジスト
６ ガス分子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録媒体用基板等の基板の表面に形成された凸部をエッチングするための基板の表面平坦化方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、記録媒体用基板等の基板の表面を研磨するための方法として、化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）が知られている（例えば、特許文献１参照。）。ＣＭＰでは、円板状の定盤上に表面に研磨布が貼り付けられた研磨体を設置し、研磨体を回転させておき、研磨対象となる基板を回転させながら研磨体に押し付けることとしており、このときの研磨体と基板との間での相対運動により基板の表面の機械的研磨が行われる。また、このとき、研磨体と基板との間には研磨剤が供給されており、研磨剤の化学的作用により基板の表面の化学的研磨が行われる。この研磨剤は、一般に、酸化セリウムを主成分とするものが用いられている。このＣＭＰにより、基板の表面に形成された凸部のサイズを、例えば、ナノスケールにまで平坦化させることが可能となる。
【０００３】
また、従来より、基板の表面に形成されたナノスケールの凸部を平坦化するための方法として、近接場光を利用したエッチング方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この近接場光を利用したエッチング方法では、エッチングガス雰囲気中においてエッチングガス分子の吸収端波長より長波長の光を基板に照射することにより、その基板の表面に形成されたナノスケールの凸部に近接場光を発生させ、その近接場光により非断熱過程を経てエッチングガスのガス分子を解離させ、これによって、そのナノスケールの凸部を選択的にエッチングすることを特徴としている。これにより、ナノスケールの凸部を原子スケールまで平坦化することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平11-129155号公報
【特許文献２】特開2009-94345号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】大津元一、小林潔"ナノフォトニクスの基礎"オーム社、Ｐ１４１、Ｐ２０６〜Ｐ２０８（２００６年）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述のＣＭＰは、研磨剤としていわゆるレアメタルとして知られる酸化セリウムを用いる必要がある。酸化セリウムは、その産出国が限られている等の理由により非常に高価なものであり、製造コストを低減させる観点からは、ナノスケール以上のサイズの凸部をＣＭＰによることなく平坦化できるような方法の提案が望まれる。
【０００７】
このような方法として、上述のような近接場光を利用したエッチング方法を利用する方法も考えられる。しかしながら、近接場光は、ナノスケールの物体や部分の表面においてのみ強い電場強度を有するものとして局在するものである。このため、エッチング対象となる凸部のサイズがある程度大きい場合においては、近接場光によるガス分子の解離速度が極端に遅くなり、そのようなサイズの凸部を近接場光により選択的にエッチングすること自体が困難となる。
【０００８】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、近接場光によるエッチングが困難なサイズの凸部でも光の照射により選択的にエッチングすることを可能とする基板の表面平坦化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、上述した課題を解決するために、鋭意検討の末、下記の基板の表面平坦化方法を発明した。
第１発明に係る基板の表面平坦化方法は、基板の表面に形成された凸部をエッチングするための基板の表面平坦化方法において、前記凸部が露出するように前記基板の表面にレジストを被覆させるレジスト被覆工程と、エッチングガス雰囲気中において当該エッチングガスのガス分子の吸収端波長より長波長の伝搬光を前記基板に照射し、前記凸部のレジストからの露出部の表面において、前記照射した伝搬光により前記ガス分子を解離させることによって前記露出部をエッチングするエッチング工程とを有することを特徴とする。
第２発明に係る基板の表面平坦化方法は、第１発明において、前記エッチング工程では、前記ガス分子の吸収端波長より長波長であり、前記ガス分子の解離エネルギーをＥｂとしたときに、０．５×Ｅｂ以上の光エネルギーを有する波長の光を前記基板に照射することを特徴とする。
第３発明に係る基板の表面平坦化方法は、第１発明において、前記エッチング工程では、前記ガス分子の吸収端波長をλ1としたときに、λ1超（λ1＋λ1／１０）以下の波長の光を前記基板に照射することを特徴とする。
第４発明に係る基板の表面平坦化方法は、第１発明〜第３発明の何れかにおいて、前記凸部は少なくとも５ｎｍ以上のサイズであることを特徴とする。
第５発明に係る基板の表面平坦化方法は、第１発明〜第４発明の何れかにおいて、前記レジスト被覆工程では、スピンコート法により前記凸部が露出するように前記基板の表面にレジストを被覆させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第１発明〜第５発明によれば、近接場光によるエッチングが困難なサイズの凸部でも光の照射により選択的にエッチングすることが可能となる。また、そのようなサイズの凸部をＣＭＰを利用することなく光の照射により選択的にエッチングすることが可能となるので、ＣＭＰを利用するときに必要となる酸化セリウムが不要となり、製造コストの低減を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係るエッチング処理を行なううえで用いられる表面平坦化装置の概略的な構成を示す図である。
【図２】本発明の適用の対象となる基板の形状について説明するための断面図である。
【図３】本発明に係る表面平坦化方法の工程について説明するための断面図である。
【図４】（ａ）は基板の表面に形成された凸部を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）はその凸部が露出するようにレジストを被覆させた状態を模式的に示す斜視図である。
【図５】エッチングガスのガス分子のポテンシャルエネルギーを示す図である。
【図６】断熱過程及び非断熱過程のメカニズムについて説明するための図である。
【図７】基板の表面にガス分子が吸着したときのガス分子のポテンシャルエネルギーを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を適用した基板の表面平坦化方法を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
本発明の適用の対象となる基板２は、例えば、ガラス、アルミニウム、シリコンや、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ：polymenthyl methacrylate）のようなプラスチック等から構成される。基板２は、例えば、磁気ディスク用基板、光ディスク用基板等の記録媒体用基板として用いられる。
【００１４】
本発明においては、基板２の表面に形成された凸部３をエッチング処理することにより平坦化することを目的としているが、そのエッチング処理の対象となる凸部３は、少なくとも５ｎｍ以上のサイズのものが対象となる。５ｎｍ未満では、基板２の表面２ａに後述のレジスト５を被覆させたときに凸部３がレジスト５内に埋まってしまい、レジスト５から凸部３を露出させることができなくなる恐れがある。凸部３をレジスト５から露出させる観点からは、凸部３のサイズが１０ｎｍ以上であることがより好ましい。基板２の凸部３をレジスト５から露出させることにより、後述のように、そのレジスト５からの露出部４を選択的にエッチングすることが可能となる。因みに、凸部３は、そのサイズの上限値について特に限定するものではない。凸部３のサイズの一例を挙げると、例えば、５０ｎｍ〜２００ｎｍのものが挙げられる。基板２が磁気ディスク用基板から構成される場合、このようなサイズの凸部３を有する基板２は、例えば、ガラス基板を粗研磨するラッピング工程をすることにより得られる。なお、ここでいう凸部３のサイズとは、基板２の底部からの凸部３の高さのことをいう。
【００１５】
本発明に係る表面平坦化方法では、次に説明するような表面平坦化装置１を利用して後述のエッチング処理を行なう。
【００１６】
表面平坦化装置１は、図１に示すように、第１実施形態において、チャンバ１１と、チャンバ１１内に配設されたステージ１３と、チャンバ１１に接続されたガス供給管１２と、チャンバ１１外に配設された光源１４とを備えている。
【００１７】
ステージ１３は、その上面に基板２が載置されるものである。ステージ１３は、基板２の位置、向きを調整するための位置調整機構や、基板２を加熱するための加熱機構等が設けられていてもよく、これらを制御することにより、基板の表面をエッチング処理するときの反応速度をコントロールすることが可能となる。
【００１８】
ガス供給管１２からは、基板２の表面をエッチング処理するためのエッチングガスが供給される。エッチングガスとしては、例えば、Ｃｌ2（塩素）、ＢＣｌ3（三塩化ホウ素）、ＣＣｌ4（四塩化炭素）等の塩素系ガス、ＳｉＨ4（モノシラン）、Ｓｉ2Ｈ6（ジシラン）等のシラン系ガスが挙げられる。ガス供給管１２からは、上述のエッチングガスと混合してＮ2、Ｈｅ、Ａｒ等の不活性ガスが供給されていてもよい。
【００１９】
光源１４は、図示しない駆動電源による制御に基づき、所定の波長を有する光を射出するものである。光源１４は、射出された光がチャンバ１１の外面に設けられた窓１５を透過してステージ１３上の基板２に照射されるようにその位置が調整されている。光源１４は、例えば、レーザーダイオード等から構成される。光源１４は、基板２に照射される光の照射範囲を制御するため、偏光レンズ、集束レンズ等を有する光学系を備えていてもよい。光源１４から射出される光の波長は後述する。
【００２０】
また、表面平坦化装置１は、第１実施形態において、チャンバ１１内の気体を吸引するポンプ１６と、チャンバ１１内の圧力を検出する圧力センサ１７と、圧力センサ１７により検出されたチャンバ内圧に基づいて開閉するバタフライバルブ１８とを備えており、これらにより、チャンバ１１内の内圧の自動制御が実現可能とされている。
【００２１】
次に、本発明に係る表面平坦化方法について説明する。
【００２２】
本発明に係る表面平坦化方法は、レジスト被覆工程Ｓ１と、エッチング工程Ｓ２とを有する。
【００２３】
レジスト被覆工程Ｓ１では、図３（ａ）、図４に示すように、基板２の表面２ａにレジスト５を被覆させる。このとき、基板２の表面２ａの凸部３が露出するようにレジスト５を被覆させる。このように基板２の凸部３が露出するようにレジスト５を被覆させるうえでは、例えば、スピンコート法が用いられる。スピンコート法では、基板２の表面２ａに液状のレジスト５を滴下し、基板２を回転させることで遠心力により基板２の表面２ａの全体にレジスト５が塗布される。このとき、基板２の回転数、液状のレジストの粘度等を調整することにより、凸部３が露出するようなレジスト５の膜厚に調整する。レジスト５の膜厚は、例えば、３ｎｍ〜１０ｎｍ程度に調整される。これにより、基板２の表面２ａの全面に亘り均一な膜厚のレジスト５を被覆させつつ、レジスト５の膜厚以上のサイズの凸部３を露出させることが可能となる。レジスト５は、エッチングガスによりエッチングされない材料を選定し、例えば、Ｓｉ含有レジスト等が用いられる。
【００２４】
また、基板２の凸部３が露出するようにレジスト５を被覆させるうえでは、スピンコート法とともに蒸着法を利用して、Ｃｒ等の金属膜を蒸着させることとしてもよい。この場合、まず、スピンコート法により基板２の凸部３が露出するようにレジスト５を被覆させ、続いて、真空蒸着等によりレジスト５の表面及び基板２の露出部４の表面にＣｒ等の金属膜を堆積させる。最後に、レジスト５に対して不溶かつ基板２を溶解する溶液（フッ酸緩衝溶液）等により基板２の露出部４に堆積された金属膜のみ除去する。これにより、Ｃｒ等の金属膜から基板２の凸部３を露出させることが可能となる。
【００２５】
エッチング工程Ｓ２では、まず、エッチング処理すべき基板２をステージ１３に載置する。続いて、チャンバ１１内を密閉状態に保持し、所定圧力、所定温度に制御する。続いて、ガス供給管１２からエッチングガスを供給する。
【００２６】
ここで、エッチング工程Ｓ２では、図３（ｂ）に示すように、エッチングガス雰囲気中において次に説明するような二つの条件を満足する波長の伝搬光を光源１４から基板２の表面２ａに照射する。
【００２７】
伝搬光の波長は、まず第一の条件として、エッチングガスのガス分子６の吸収端波長より長波長とする。これは、基板２の表面２ａから離れた気相中でのエッチングガスのガス分子６の解離を防止しつつ、光源１４から射出された伝搬光を基板２の表面２ａにまで到達させるためである。
【００２８】
また、伝搬光の波長は、第二の条件として、基板２の露出部４の表面において、照射している伝搬光によりエッチングガスのガス分子を断熱過程を経て解離させることのできるような波長とする。この点について更に説明する。
【００２９】
図５は、エッチングガスのガス分子の原子核間距離に対するポテンシャルエネルギーの関係について示している。
【００３０】
エッチングガスにより基板２の表面をエッチングするうえでは、エッチングガスのガス分子を構成する複数の原子を解離させてラジカルを生成する必要がある。このガス分子を構成する複数の原子を十分に引き離すためのエネルギーが解離エネルギーＥｂに相当する。
【００３１】
ここで、光の照射によりガス分子を解離させるうえでは、断熱過程、非断熱過程（フォノン援用過程）の何れかを経ることになる。
【００３２】
断熱過程とは、ガス分子の電子の基底準位と励起準位とのエネルギー差Ｅａ以上の光エネルギーをもつ伝搬光を照射することにより、ガス分子の電子を基底準位から励起準位に直接励起させる過程をいう。電子が励起準位に励起されたガス分子は、図に示すような方向Ｐに解離させることが可能となる。
【００３３】
非断熱過程とは、近接場光によりガス分子を振動準位へ励起させて、これにより、ガス分子を解離させる過程をいう。このとき、非断熱過程は、ガス分子が複数の振動準位を介して励起準位にまで多段階的に励起される過程Ｓ１と、解離エネルギーＥｂ以上のエネルギー準位の振動準位まで直接又は多段階的に励起される過程Ｓ２との何れかに分類される。解離エネルギーＥｂ以上のエネルギー準位又は励起準位まで励起されたガス分子は、解離させることが可能となる。
【００３４】
断熱過程と非断熱過程とは、図６に示すような、原子同士の結合をバネで置き換えたモデルにより考えることができる。
【００３５】
一般に、伝搬光の波長は分子の寸法に比べると遥かに大きいため、分子レベルでは、伝搬光の照射により空間的に一様な電場が発生するものと考えることができる。このとき、ガス分子中の複数の電子は、図６（ａ）に示すように、伝搬光の照射により同振幅、同位相で振動することになる。また、ガス分子中の原子核は電子と比べて重いため、この電子の振動には追従することがない。この結果、伝搬光の照射により、電子のみが振動して原子核が振動しないことになる。このような、ガス分子の励起過程に分子振動が関わらないものが断熱過程に相当する（非特許文献１参照。）。
【００３６】
一方、近接場光はその空間的な電場勾配が物体表面から離れるにつれて急峻に低下するため、分子レベルでは、空間的に不均一な電場が発生するものと考えることができる。このとき、ガス分子中の複数の電子は、図６（ｂ）に示すように、近接場光の照射により異なる振動をすることになる。また、この複数の電子の振動により、原子核も振動することになる。この結果、ガス分子を振動準位に励起させることが可能となる。これが非断熱過程に相当する。このような、ガス分子の励起過程に分子振動に関わるものが非断熱過程に相当する。
【００３７】
本発明に係る表面平坦化方法では、エッチング処理の対象となる凸部３のサイズが少なくとも１０ｎｍ以上とされており、凸部３の表面に伝搬光を照射することにより発生する近接場光の電場強度が比較的小さい。このため、エッチングガスにより基板２の表面をエッチングするうえで、エッチングガスのガス分子を非断熱過程を経て解離させていたのでは、処理時間の過度の増大を招いてしまう。そこで、本発明においては、断熱過程を経てガス分子を解離させることとしている。
【００３８】
このとき、光源１４からは、上述の通り、ガス分子の吸収端波長より長波長の光を照射しているので、気相中ではガス分子が解離しない。しかしながら、基板２の表面にガス分子が吸着した場合、図７に示すように、基板２とガス分子との相互作用によりガス分子にエネルギーが与えられ、ガス分子の励起準位が方向Ｑに示すように小さくなり、基底準位から励起準位までのエネルギー差が小さくなる。このため、基板２の表面においては、ガス分子の吸収端波長より長波長の伝搬光を照射していても、基板２の表面に吸着しているガス分子を断熱過程を経て解離させることが可能となる。
【００３９】
このとき、基板２の露出部４の表面に吸着しているガス分子を断熱過程を経て解離させるうえでは、エッチングガスのガス分子の解離エネルギーをＥｂとしたときに、０．５×Ｅｂ以上の光エネルギーを有する波長の光を照射することが好ましい。これにより、基板２の露出部４の表面に吸着しているガス分子を断熱過程を経て解離させることが可能となる。ただし、この場合、基板２の露出部４の表面において断熱過程を経て解離されるガス分子は確率的に僅かなものであるので、エッチング速度を増大させるうえでは、照射する伝搬光の光強度を増大させておく。また、基板２の表面に吸着しているガス分子を断熱過程を経て解離させるうえでは、エッチングガスの吸収端波長をλ1としたときに、λ1超（λ1＋λ1／１０）以下の波長の光を照射するようにすれば、エッチング速度を更に増大させることが可能となる。
【００４０】
このような現象を実現するための波長の一例を挙げると、例えば、エッチングガスのガス分子としてＣｌ2を用いる場合、Ｃｌ2のガス分子の吸収端波長が４００ｎｍであることから、これより長波長である４０３ｎｍ、４０８ｎｍ等の波長の伝搬光を照射すればよい。このような波長は、ＩｎＧａＮレーザ等から射出される。
【００４１】
エッチング工程Ｓ２において、露出部４のエッチングをある程度進めたら、光源１４からの光の照射を終了する。続いて、基板２の表面のレジスト５を剥離液等により除去して、一連の作業を終了する。
【００４２】
以上によれば、近接場光によるエッチングが困難なサイズの凸部３でも光の照射により選択的にエッチングすることが可能となる。また、そのようなサイズの凸部３をＣＭＰを利用することなく光の照射により選択的にエッチングすることが可能となるので、ＣＭＰを利用するときに必要となる酸化セリウムが不要となり、製造コストの低減を図ることが可能となる。
【００４３】
このような効果は、ＣＭＰを利用することが必要となっていた記録媒体用基板の製造工程において特に顕著に発揮される。即ち、記録媒体用基板の製造工程では、基板表面を粗研磨するラッピング工程と、基板の内周面及び外周面を研削して面取りするチャンファ加工工程と、基板の表面をＣＭＰする研磨工程とを実行することとしていた。しかし、ＣＭＰを利用する研磨工程の代替として上述の方法を利用することにより、記録媒体用基板の製造コストの低減を図ることが可能となる。
【００４４】
以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明したが、前述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。
【符号の説明】
【００４５】
１ 表面平坦化装置
２ 基板
３ 凸部
４ 露出部
５ レジスト
６ ガス分子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に形成された凸部をエッチングするための基板の表面平坦化方法において、
前記凸部が露出するように前記基板の表面にレジストを被覆させるレジスト被覆工程と、
エッチングガス雰囲気中において当該エッチングガスのガス分子の吸収端波長より長波長の伝搬光を前記基板に照射し、前記凸部のレジストからの露出部の表面において、前記照射した伝搬光により前記ガス分子を解離させることによって前記露出部をエッチングするエッチング工程とを有すること
を特徴とする基板の表面平坦化方法。
【請求項２】
前記エッチング工程では、前記ガス分子の吸収端波長より長波長であり、前記ガス分子の解離エネルギーをＥｂとしたときに、０．５×Ｅｂ以上の光エネルギーを有する波長の光を前記基板に照射すること
を特徴とする請求項１記載の基板の表面平坦化方法。
【請求項３】
前記エッチング工程では、前記ガス分子の吸収端波長をλ1としたときに、λ1超（λ1＋λ1／１０）以下の波長の光を前記基板に照射すること
を特徴とする請求項１記載の基板の表面平坦化方法。
【請求項４】
前記凸部は少なくとも５ｎｍ以上のサイズであること
を特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の基板の表面平坦化方法。
【請求項５】
前記レジスト被覆工程では、スピンコート法により前記凸部が露出するように前記基板の表面にレジストを被覆させること
を特徴とする請求項１〜４の何れか１項記載の基板の表面平坦化方法。
【請求項１】
基板の表面に形成された凸部をエッチングするための基板の表面平坦化方法において、
前記凸部が露出するように前記基板の表面にレジストを被覆させるレジスト被覆工程と、
エッチングガス雰囲気中において当該エッチングガスのガス分子の吸収端波長より長波長の伝搬光を前記基板に照射し、前記凸部のレジストからの露出部の表面において、前記照射した伝搬光により前記ガス分子を解離させることによって前記露出部をエッチングするエッチング工程とを有すること
を特徴とする基板の表面平坦化方法。
【請求項２】
前記エッチング工程では、前記ガス分子の吸収端波長より長波長であり、前記ガス分子の解離エネルギーをＥｂとしたときに、０．５×Ｅｂ以上の光エネルギーを有する波長の光を前記基板に照射すること
を特徴とする請求項１記載の基板の表面平坦化方法。
【請求項３】
前記エッチング工程では、前記ガス分子の吸収端波長をλ1としたときに、λ1超（λ1＋λ1／１０）以下の波長の光を前記基板に照射すること
を特徴とする請求項１記載の基板の表面平坦化方法。
【請求項４】
前記凸部は少なくとも５ｎｍ以上のサイズであること
を特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の基板の表面平坦化方法。
【請求項５】
前記レジスト被覆工程では、スピンコート法により前記凸部が露出するように前記基板の表面にレジストを被覆させること
を特徴とする請求項１〜４の何れか１項記載の基板の表面平坦化方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１６０４８７（Ｐ２０１２−１６０４８７Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７１２３（Ｐ２０１１−１７１２３）
【出願日】平成２３年１月２８日（２０１１．１．２８）
【出願人】（５１１０２６２２３）特定非営利活動法人ナノフォトニクス工学推進機構 (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２８日（２０１１．１．２８）
【出願人】（５１１０２６２２３）特定非営利活動法人ナノフォトニクス工学推進機構 (4)
【Ｆターム（参考）】
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