JP2010060681A - Method for manufacturing lithographic mask, surface processing method, method for manufacturing metal mold for molding optical element, and method for manufacturing optical element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リソグラフィ用のマスクの製造方法、表面加工方法、光学素子成形用の金型の製造方法および光学素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a mask for lithography, a surface processing method, a method for manufacturing a mold for molding an optical element, and a method for manufacturing an optical element.
近年、光学素子の需要が急増している。可視光線に対し光学素子を使用する用途としては、例えば、光通信やデジタルカメラに使用される場合が挙げられる。光学素子をこのような用途に使用するためには、高性能の光学素子を、より低コストで製造する技術開発が望まれている。また赤外光線に対し光学素子を使用する用途では、自動車積載用、ホームセキュリティの人体検知センサー用、サーモグラフィカメラ用等の製品化が本格化している。そして、同様に高性能化と低コスト化が要求されている。これらの光学素子の多くは、光学材料を金型によりプレスして成形するプレス成形法や、光学材料を研削研磨して加工して形を整える方法で製造されることが多い。特にプレス成形法は、同じ形の光学素子を大量に生産し、安価に提供できる面で優れた生産方法である。 In recent years, the demand for optical elements has increased rapidly. As an application using an optical element for visible light, for example, it may be used for optical communication or a digital camera. In order to use an optical element for such an application, it is desired to develop a technique for manufacturing a high-performance optical element at a lower cost. In applications where optical elements are used for infrared rays, commercialization of products for mounting on automobiles, for human body detection sensors for home security, and for thermography cameras is in full swing. Similarly, high performance and low cost are required. Many of these optical elements are often manufactured by a press molding method in which an optical material is pressed by a mold and a method in which the optical material is ground and polished to be shaped. In particular, the press molding method is an excellent production method in that it can produce a large number of optical elements of the same shape and provide them at low cost.
これらの光学素子の表面には、通常は入射光の反射を防止するための処理が施されている。そのための1つの手法として、光学素子の表面に反射防止構造と呼ばれる非常に微細な凹凸構造が周期的に配列された構造を形成する技術が提案されている。これは、光の波長より短いピッチで、アスペクト比でおよそ1以上の凹凸構造の表面に光を入射させた場合、その構造のピッチよりも長い波長の光がほとんど透過する現象を利用したものである。この構造を光学素子のプレス成形時に同時に形成することができれば、反射防止膜を形成する工程は不要となり、生産コストの大幅な低減となる。また反射防止構造では、広い波長範囲と広い入射角範囲での反射防止効果が得られるため、様々な光学素子への適用が期待される。 The surface of these optical elements is usually treated to prevent reflection of incident light. As one technique for this purpose, a technique for forming a structure in which very fine uneven structures called antireflection structures are periodically arranged on the surface of an optical element has been proposed. This utilizes the phenomenon that when light is incident on the surface of a concavo-convex structure having an aspect ratio of about 1 or more at a pitch shorter than the wavelength of light, light having a wavelength longer than the pitch of the structure is almost transmitted. is there. If this structure can be formed at the same time as the press molding of the optical element, the process of forming the antireflection film becomes unnecessary, and the production cost is greatly reduced. In addition, since the antireflection structure provides an antireflection effect in a wide wavelength range and a wide incident angle range, application to various optical elements is expected.
ここで、プレス成形で光学素子に反射防止構造を形成するためには、その形状転写元となる金型表面に反射防止構造の転写構造を形成する必要がある。この反射防止構造の転写構造は、例えば、非常に微細なピッチを有する凹凸構造である。
この凹凸構造は、使用する光の波長に合わせてピッチを調整する必要がある。例えば、波長が400nm〜800nm程度の可視光であれば、およそ300nm以下のピッチの凹凸構造が必要である。また、サーモグラフィ等で使用される波長8μm〜12μmの赤外光の場合は、およそ3μm以下のピッチの凹凸構造とすることが必要である。
Here, in order to form the antireflection structure on the optical element by press molding, it is necessary to form the transfer structure of the antireflection structure on the mold surface as the shape transfer source. The transfer structure of this antireflection structure is, for example, a concavo-convex structure having a very fine pitch.
This concavo-convex structure needs to be adjusted in pitch according to the wavelength of light used. For example, in the case of visible light having a wavelength of about 400 nm to 800 nm, an uneven structure with a pitch of about 300 nm or less is required. Further, in the case of infrared light having a wavelength of 8 μm to 12 μm used in thermography or the like, it is necessary to have a concavo-convex structure with a pitch of about 3 μm or less.
このような微細な凹凸構造を形成する方法として、例えば特許文献1には、電子線描画を用いて光学素子表面に凹凸形状を形成する方法が記載されている。
また、特許文献2には、X線に感光する材料からなる基板、もしくは表面にX線に感光するX線レジストからなる層が形成された基板のいずれかを準備する準備工程と、基板に、X線マスクを介してX線を露光して、X線マスクのパターンに応じたX線強度分布を形成する露光工程と、露光された基板を、現像して反射防止構造体を形成する現像工程とを含み、X線マスクは、X線を透過する透過部と、X線を吸収する吸収部とを含み、透過部は、製造すべき反射防止構造体の底面に対応する多角形形状を有しており、透過部同士が互いの辺を共有することなく互いの頂点を共有するようにアレイ状に配列されている反射防止構造体を備える部材の製造方法が記載されている。
As a method for forming such a fine concavo-convex structure, for example, Patent Document 1 describes a method of forming a concavo-convex shape on the surface of an optical element using electron beam drawing.
Patent Document 2 discloses a preparation step of preparing either a substrate made of a material sensitive to X-rays or a substrate on which a layer made of an X-ray resist sensitive to X-rays is formed on the surface; An exposure step of exposing an X-ray through an X-ray mask to form an X-ray intensity distribution according to the pattern of the X-ray mask, and a development step of developing the exposed substrate to form an antireflection structure The X-ray mask includes a transmission part that transmits X-rays and an absorption part that absorbs X-rays, and the transmission part has a polygonal shape corresponding to the bottom surface of the antireflection structure to be manufactured. In addition, there is described a method of manufacturing a member including an antireflection structure arranged in an array so that the transmissive portions share the vertices without sharing each other's sides.
しかしながら、電子線描画を用いる方法は非常に長時間の描画時間を要し、また描画装置が非常に高価であるため、生産コストの大幅な上昇となる。そのため、低コスト化が望まれている光学素子の生産には適さないという問題がある。
また、レンズ等の光学素子は、通常は表面形状が曲面である。しかし、電子線描画を用いる方法では、微細パターンを形成できる面が平面に限られている。したがって、この手法は形状が平面であるごく限られた光学素子の製造にしか適用できない。更にX線マスクを使用して反射防止構造体を備える部材を製造する場合も、X線マスクを使用して露光を行うことができる面は平面に限られているため、同様にごく限られた光学素子の製造にしか適用できない。
However, the method using electron beam drawing requires a very long drawing time, and the drawing apparatus is very expensive, resulting in a significant increase in production cost. Therefore, there is a problem that it is not suitable for production of an optical element for which cost reduction is desired.
In addition, an optical element such as a lens usually has a curved surface shape. However, in the method using electron beam drawing, the surface on which a fine pattern can be formed is limited to a flat surface. Therefore, this method can be applied only to the production of a very limited optical element having a flat shape. Furthermore, when manufacturing a member having an antireflection structure using an X-ray mask, the surface that can be exposed using the X-ray mask is limited to a flat surface, and thus limited in the same manner. Applicable only to the manufacture of optical elements.
上記課題に鑑み、本発明の目的は、被加工物の表面形状が曲面であっても露光を行うことができるリソグラフィ用のマスクを製造する方法を提供することである。
また、他の目的は、被加工物の表面形状が曲面であっても凹凸構造を形成することができる表面加工方法を提供することにある。
更に、他の目的は、簡易な手法により成形面に凹凸構造が形成された光学素子成形用の金型を製造する方法を提供することである。
また更に、他の目的は、反射防止構造を表面に有する光学素子を大量、安価に製造する方法を提供することである。
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a lithography mask that can perform exposure even if the surface shape of a workpiece is a curved surface.
Another object of the present invention is to provide a surface processing method capable of forming a concavo-convex structure even if the surface shape of the workpiece is a curved surface.
Furthermore, another object is to provide a method for producing a mold for molding an optical element in which a concavo-convex structure is formed on a molding surface by a simple method.
Still another object is to provide a method for manufacturing a large amount of an optical element having an antireflection structure on its surface at a low cost.
本発明者らは、鋭意検討した結果、基板に所定のパターンを有する遮光層を形成し、そして遮光層が形成された基板を押圧することにより変形させる手法を取り入れることにより、被加工物の表面形状が曲面であっても、位置精度よく露光を行うことができるリソグラフィ用のマスクを製造することが可能であることを見出し、かかる知見に基づき本発明を完成した。即ち、本発明は以下を要旨とするものである。 As a result of intensive studies, the inventors have formed a light-shielding layer having a predetermined pattern on a substrate, and adopting a technique for deforming the substrate by pressing the substrate on which the light-shielding layer is formed. It has been found that it is possible to manufacture a lithography mask that can be exposed with high positional accuracy even if the shape is a curved surface, and the present invention has been completed based on such knowledge. That is, the gist of the present invention is as follows.
本発明のリソグラフィ用のマスクの製造方法は、表面形状の少なくとも一部が曲面である被加工物の表面を加工するために用いられるリソグラフィ用のマスクを製造する方法であって、リソグラフィを行う際に照射する光を透過する基板に所定のパターンを有する遮光層を形成する工程と、遮光層が形成された基板を押圧することにより変形させ、被加工物の表面の少なくとも一部の形状に沿う形状にする工程と、を含むことを特徴とする。 The lithography mask manufacturing method of the present invention is a method of manufacturing a lithography mask used for processing a surface of a workpiece in which at least a part of a surface shape is a curved surface. Forming a light-shielding layer having a predetermined pattern on a substrate that transmits light irradiated to the substrate, and deforming the substrate by pressing the substrate on which the light-shielding layer is formed, along the shape of at least a part of the surface of the workpiece And a step of forming the shape.
ここで、基板は、熱可塑性樹脂からなることが好ましく、熱可塑性樹脂は、ポリエチレンテレフタレート(PET)であることが更に好ましい。そして、遮光層は、金属材料からなることが好ましい。 Here, the substrate is preferably made of a thermoplastic resin, and the thermoplastic resin is more preferably polyethylene terephthalate (PET). The light shielding layer is preferably made of a metal material.
また、本発明の表面加工方法は、表面形状の少なくとも一部が曲面である被加工物の表面に凹凸構造を形成する方法であって、被加工物の表面にレジスト層を形成する工程と、基板に所定のパターンを有する遮光層を形成し、遮光層が形成された基板を押圧することにより変形させ被加工物の表面の少なくとも一部の形状に沿う形状にすることで作製されたマスクをレジスト層の表面に設置する工程と、露光を行うことで、レジスト層を感光させ、パターンをレジスト層に転写する工程と、現像を行うことで、感光したレジスト層を除去する工程と、乾式エッチングを行うことで、パターンに対応した凹凸構造を被加工物の表面に形成する工程と、を含むことを特徴とする。 Further, the surface processing method of the present invention is a method of forming a concavo-convex structure on the surface of a workpiece whose surface shape is a curved surface, the step of forming a resist layer on the surface of the workpiece, A mask manufactured by forming a light shielding layer having a predetermined pattern on a substrate and deforming the substrate by pressing the substrate on which the light shielding layer is formed so as to conform to the shape of at least a part of the surface of the workpiece. A step of placing on the surface of the resist layer, a step of exposing the resist layer by performing exposure, a step of transferring the pattern to the resist layer, a step of removing the exposed resist layer by performing development, and dry etching And a step of forming an uneven structure corresponding to the pattern on the surface of the workpiece.
ここで、マスクは、フィルムマスクであることが好ましく、乾式エッチングは、反応性イオンエッチングであることが好ましい。そして、感光したレジスト層を除去する工程とパターンに対応した凹凸構造を被加工物の表面に形成する工程の間に、金属層を形成する工程と、感光したレジスト層以外のレジスト層を除去することで金属層の一部を除去する工程を更に有することが好ましい。 Here, the mask is preferably a film mask, and the dry etching is preferably reactive ion etching. Then, between the step of removing the exposed resist layer and the step of forming the concavo-convex structure corresponding to the pattern on the surface of the workpiece, the step of forming the metal layer and the resist layer other than the exposed resist layer are removed. It is preferable to further include a step of removing a part of the metal layer.
更に、本発明の光学素子成形用の金型の製造方法は、曲面を有する成形面に凹凸構造を形成し、光学素子成形用の金型を製造する方法であって、成形面にレジスト層を形成する工程と、基板に所定のパターンを有する遮光層を形成し、遮光層が形成された基板を押圧することにより変形させ成形面の少なくとも一部の形状に沿う形状にすることで作製されたマスクをレジスト層の表面に設置する工程と、露光を行うことで、レジスト層を感光させ、パターンをレジスト層に転写する工程と、現像を行うことで、感光したレジスト層を除去する工程と、乾式エッチングを行うことで、パターンに対応した凹凸構造を成形面に形成する工程と、を含むことを特徴とする。 Furthermore, the method for producing a mold for molding an optical element of the present invention is a method for producing a mold for molding an optical element by forming a concavo-convex structure on a molding surface having a curved surface, wherein a resist layer is provided on the molding surface. It was produced by forming a light shielding layer having a predetermined pattern on the substrate, forming the light shielding layer into a shape that conforms to at least a part of the molding surface by pressing the substrate on which the light shielding layer is formed. A step of placing a mask on the surface of the resist layer; a step of exposing the resist layer by performing exposure; a step of transferring the pattern to the resist layer; a step of removing the exposed resist layer by performing development; Forming a concavo-convex structure corresponding to the pattern on the molding surface by performing dry etching.
ここで、凹凸構造は、反射防止構造の転写構造であることが好ましく、乾式エッチングは、反応性イオンエッチングであることが更に好ましい。そして、感光したレジスト層を除去する工程とパターンに対応した凹凸構造を成形面に形成する工程の間に、金属層を形成する工程と、感光したレジスト層以外のレジスト層を除去することで金属層の一部を除去する工程を更に有することが好ましい。 Here, the uneven structure is preferably a transfer structure having an antireflection structure, and the dry etching is more preferably reactive ion etching. Then, between the step of removing the exposed resist layer and the step of forming the concavo-convex structure corresponding to the pattern on the molding surface, the step of forming the metal layer and removing the resist layer other than the exposed resist layer It is preferable to further include a step of removing a part of the layer.
更に、本発明の光学素子の製造方法は、上述の方法により製造された光学素子成形用の金型が取り付けられた光学素子製造装置を使って、光学素子母材をプレス成形することで光学素子母材の表面に凹凸構造を形成することを特徴とする。 Furthermore, the optical element manufacturing method of the present invention is an optical element by press-molding an optical element base material using an optical element manufacturing apparatus to which an optical element molding die manufactured by the above method is attached. An uneven structure is formed on the surface of the base material.
ここで、光学素子は、カルコゲナイドガラスからなることが好ましく、凹凸構造は、反射防止構造であることが好ましい。 Here, the optical element is preferably made of chalcogenide glass, and the uneven structure is preferably an antireflection structure.
本発明によれば、被加工物の表面形状が曲面であっても、露光を行うことができるリソグラフィ用のマスクを製造等することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if the surface shape of a to-be-processed object is a curved surface, the mask for lithography which can perform exposure can be manufactured.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1(a)〜(g)は本実施の形態が適用されるリソグラフィ用のマスクの製造方法の一例を説明した図である。図1(a)〜(g)では、リソグラフィ用のマスクを製造する方法を製造工程順に示している。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
FIGS. 1A to 1G are diagrams for explaining an example of a method for manufacturing a mask for lithography to which the present embodiment is applied. 1A to 1G show a method of manufacturing a lithography mask in the order of manufacturing steps.
ここでは、まず基板としての透明フィルム11にレジスト層12を形成する(図1(a))。透明フィルム11は、後述する図2(b)の工程においてリソグラフィを行う際に、露光を行うために照射する光に対して透明なものであれば特に限定されるものではないが、同様に後述する図1(f)の工程において、所望の形状に加熱変形させる必要があるため熱可塑性樹脂からなるフィルムであることが好ましい。また可撓性を有するフィルムであることが好ましい。具体的には、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ポリスチレン(PS)、ポリメチルメタアクリレート(PMMA)、ポリフェニレンエーテル(PPE)、ポリアミド(PA)、ポリカーボネート(PC)、ポリアセタール(POM)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)等からなるフィルムが使用できる。本実施の形態ではポリエチレンテレフタレート(PET)からなり、厚さが100μmのフィルムを使用した。
Here, first, a
レジスト層12は、例えば、ポジタイプのフォトレジスト液を透明フィルム11にスピンコート法により2μmの厚さで塗布し、110℃で加熱固化することにより形成することができる。
The resist
次に、ガラスフォトマスク13をレジスト層12の上に設置して露光を行い、ガラスフォトマスク13のパターンを転写する(図1(b))。
ガラスフォトマスク13には、図示しない直径2μmの円形状の孔が3μmのピッチで六方格子状に配列している。露光を行うと、円形状の孔の部分は光が透過し、孔と孔の間では光は遮光される。そのため露光による光の照射により、直径2μmの円形状で3μmのピッチで六方格子状に配列したパターンで、レジスト層12の上に転写される。露光は、超高圧水銀ランプを光源とした一括露光機を使用して、露光時間を30秒とすることで行うことができる。
Next, the
In the
次に、露光したレジスト層12に対し、露光現像液を浸漬させ、現像を行う(図1(c))。
現像の結果、感光した部分のレジスト層12が除去され、その他の部分は残存する。そのためレジスト層12には、直径が2μmの円形状であり、3μmのピッチで六方格子状に配列した孔部12aが配列する。この孔部12aは、レジスト層12を貫通し、その底部には、透明フィルム11が露出している。
Next, an exposure developer is immersed in the exposed resist
As a result of development, the exposed resist
次に、遮光層としてのニッケル膜14の形成を行う(図1(d))。この工程により、残存したレジスト層12の表面上、および孔部12aの底部にニッケル膜14が形成される。なお、ニッケル膜14は、後述する図2(b)におけるリソグラフィを行う際に照射する露光光に対して遮光するものであれば、他の材料からなる膜でもよい。但し、成膜の容易性等の観点から金属材料により形成される金属層であることが好ましい。具体的な金属材料としては、ニッケル(Ni)の他に、鉄(Fe)、コバルト(Co)、クロム(Cr)等の単体またはこれらを含む合金が挙げられる。
ニッケル膜14は、例えば、スパッタ法を利用し、100nmの厚さで成膜を行うことで形成することができる。
Next, a
The
次に、レジスト除去液を用いて、残存したレジスト層12を除去する(図1(e))。これにより、孔部12aの底部に形成されたニッケル膜14は残存するが、レジスト層12の上に形成されたニッケル膜14は、残存したレジスト層12が除去されるためにそれと共に除去される。その結果、ニッケル膜14は、直径が2μmの円形状であり、3μmのピッチで六方格子状に配列した形で、透明フィルム11上に残存することになる。
レジスト除去液は、例えば、アセトンを使用することができる。そして、アセトンに浸漬し、超音波を印加することで、より容易に残存したレジスト層12を除去することができる。
なお、以上の図1(a)〜(e)で説明した工程は、リソグラフィを行う際に照射する光を透過する基板に所定のパターンを有する遮光層を形成する工程として把握することができる。
Next, the remaining resist
As the resist removing solution, for example, acetone can be used. Then, the remaining resist
1A to 1E can be grasped as a process of forming a light-shielding layer having a predetermined pattern on a substrate that transmits light irradiated when performing lithography.
次に、後述する光学素子成形用金型の形状に加工された押圧面を有する凹型の型母材15aと凸型の型母材15bを使用し、ニッケル膜14が形成された透明フィルム11をこの型母材15a、15bに挟み込み、押圧を行う(図1(f))。この際にニッケル膜14が形成されている面は、凸型の型母材15bの側に向けるものとする。
本実施の形態において、凹型の型母材15aの押圧面は、曲率半径が20.1mm、凸型の型母材15bは、曲率半径が20.0mmの球面形状となっており、機械加工等により形成することができる。押圧により、透明フィルム11は、ニッケル膜14が形成されている側を凹形状とし、型母材15a、15bの押圧面の形状に変形する。この変形は塑性変形であるため、型母材15a、15bによる押圧を解除しても、変形後の形状が維持される。なお、透明フィルム11を変形させるのにより容易であることから押圧の際に加熱を行うことが好ましい。本実施の形態では、加熱温度を140℃とし、加熱時間を5分とした。なお、この工程は、遮光層が形成された基板を押圧することにより変形させ、被加工物である後述する光学素子成形用の金型の表面の少なくとも一部の形状に沿う形状にする工程として把握することができる。
Next, a
In the present embodiment, the pressing surface of the concave
また加熱後は冷却を行い、型母材15a、15bから透明フィルム11を剥離すると、本実施の形態が適用されるリソグラフィ用のマスク10を製造することができる(図1(g))。
Further, after heating, cooling is performed and the
次に、図1で説明した工程により製造されたリソグラフィ用のマスク10を使用して、被加工物の表面加工を行う方法の説明を行う。
図2(a)〜(g)は、図1で説明した工程により製造されたリソグラフィ用のマスク(フィルムマスク)10を使用して、被加工物の表面加工を行う方法を説明した図である。
図2(a)〜(g)では、被加工物として光学素子成形用の金型を例に挙げている。また表面加工として、光学素子成形用の金型に反射防止構造の転写構造を形成する場合を例に挙げている。即ち、反射防止構造の転写構造を有する光学素子成形用の金型を製造する方法を製造工程順に示している。
Next, a method for performing surface processing of a workpiece using the
FIGS. 2A to 2G are diagrams illustrating a method for performing surface processing of a workpiece using a lithography mask (film mask) 10 manufactured by the process described in FIG. .
2A to 2G, an optical element molding die is taken as an example of a workpiece. As an example of the surface processing, an antireflection structure transfer structure is formed on an optical element molding die. That is, a method for manufacturing a mold for forming an optical element having a transfer structure having an antireflection structure is shown in the order of manufacturing steps.
まず、反射防止構造の転写構造を形成したい金型21にレジスト層22を形成する(図2(a))。
金型21は、例えば、図3のように、母材31と、金型21の成形面33に形成される被膜層32とからなる。母材31は、例えば、タングステンカーバイト(WC)を主成分とする超硬合金を含んで構成される。また、炭化珪素(SiC)やグラッシーカーボン等耐熱性が高い素材により構成されてもよい。更に、インコネル、スタバックス、ダイス鋼等で構成されてもよい。また、被膜層32は、光学素子をプレス成形する際に、好適な離型を実現するために成膜される層である。例えば、白金(Pt)−イリジウム(Ir)合金により形成される。また、白金−イリジウム合金以外の貴金属合金、貴金属と遷移金属との合金、貴金属と汎用金属との合金、カーボン、又はDLC(ダイヤモンドライクカーボン)等の化学反応性が低い材料がいずれも好適に使用される。本実施の形態では、母材31として、焼結法で作製した炭化珪素(SiC)材を使用し、被膜層32として、CVD(Chemical Vapor Deposition)法で形成した炭化珪素(SiC)を使用した。また、ここでは、光学素子成形用の金型として凸面型の金型21を例にして説明を行う。金型21の成形面33は曲率20.0mmの球面形状である。
First, a resist
For example, as shown in FIG. 3, the
レジスト層22は、例えば、ポジタイプのフォトレジスト液を使用し、このフォトレジスト液を金型21の成形面33にスピンコート法により2μmの厚さで塗布し、110℃で加熱固化することにより形成することができる。
The resist
次に、リソグラフィ用のマスク10をレジスト層22の表面に設置して露光を行う(図2(b))。ここで、マスク10は、ニッケル膜14が形成されている側がレジスト層22に接するように設置される。このマスク10は、光学素子成形用の金型21の成形面33(図3参照)の形状に合わせて作製されているため、曲面である金型21の成形面33に密着して設置することができる。本実施の形態において、この状態で露光を行うと、光は透明フィルム11を透過するが、マスク10に形成されたニッケル膜14により遮光され、ニッケル膜14が形成されている箇所は、光が透過しない。即ちニッケル膜14は遮光層としての役割を果たす。しかしニッケル膜14が形成されていない箇所は光が透過するため、この光が透過する箇所においてレジスト層22を感光させることができる。ニッケル膜14は透明フィルム11に円形状に配列するように形成されているため、レジスト層22は、円形状の露光をされない部分と、その周囲の露光をされた部分とが混在する状態となる。ここで、露光を行う際にはマスク10は光学素子成形用の金型21に密着している。そのため金型21の成形面33が曲面であっても露光を行うことができる。そして露光を行う箇所の位置精度を高くすることができ、転写を行う配列のパターンの歪みも少なくすることができる。
ここで、露光は、例えば、超高圧水銀ランプを光源とした一括露光機を使用して、露光時間を30秒とすることで行うことができる。
Next, exposure is performed by placing a
Here, the exposure can be performed, for example, by using a batch exposure machine using an ultrahigh pressure mercury lamp as a light source and setting the exposure time to 30 seconds.
次に、マスク10を取り外し、露光したレジスト層22に対し、露光現像液を浸漬させ、現像を行う(図2(c))。
現像の結果、感光した部分のレジスト層22が除去され、その他の部分は残存するため、金型21の成形面33には、直径が2μmの円形状であり、3μmのピッチで六方格子状に配列したレジスト残存部22aが配列することになる。この円形のレジスト残存部22aの周囲はレジストが除去され、その底部には、金型21の成形面33が露出している。
Next, the
As a result of the development, the resist
次に、ニッケル膜24の形成を行う(図2(d))。この工程により、レジスト残存部22aの表面上、およびレジスト残存部22aの周囲にニッケル膜24が形成される。ニッケル膜24は、後述する図2(f)の工程において乾式エッチングを行う際に、耐性があるものであれば、他の材料からなる膜でもよい。但し、成膜の容易性等の観点から金属材料により形成される金属層であることが好ましい。具体的な金属材料としては、ニッケル(Ni)の他に、鉄(Fe)、コバルト(Co)、クロム(Cr)等の単体またはこれらを含む合金が挙げられる。
ニッケル膜24は、例えば、スパッタ法を利用し、100nmの厚さで成膜を行うことで形成することができる。
Next, the
The
次に、レジスト除去液を用いて、レジスト残存部22aを除去する(図2(e))。これにより、レジスト残存部22aの周囲に形成されたニッケル膜24は残存するが、レジスト残存部22aの上に形成されたニッケル膜24は、レジスト残存部22aが除去されるためにそれと共に除去される。その結果、ニッケル膜24には、直径が2μmの円形状であり、3μmのピッチで六方格子状に配列した孔部25が配列した形で、光学素子成形用の金型21上に残存する。
レジスト除去液は、例えば、アセトンを使用することができる。そして、アセトンを浸漬させ、超音波を印加することで、より容易にレジスト残存部22aを除去することができる。
なお、この工程は、感光したレジスト層以外のレジスト層22を除去することで金属層の一部を除去する工程として把握することができる。
Next, the resist remaining
As the resist removing solution, for example, acetone can be used. Then, the resist remaining
This step can be grasped as a step of removing a part of the metal layer by removing the resist
次に、ニッケル膜24が残存した金型21に対し、ニッケル膜24をマスクとして乾式エッチングを行う(図2(f))。この乾式エッチングにより、金型21のニッケル膜24が形成されている部分以外の部分が優先的に除去され、金型21の表面である成形面33に凹凸構造を形成することができる。実際には、金型21の成形面33に成膜されている炭化珪素(SiC)からなる被膜層32の表面がエッチングされ、凹凸構造が形成される。この凹凸構造は、本実施の形態では、反射防止構造の転写構造である。また、凹凸構造の凹部の深さは、乾式エッチングを行う時間により制御することができる。
Next, dry etching is performed on the
乾式エッチングとしては、詳しくは後述するが反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)が好ましい。また、この際に使用する処理ガスは、CF4とO2の混合ガスであることが好ましい。本実施の形態では、CF4ガスの流量を90SCCM(SCCMとは、当該ガスが25℃、1気圧のときのcm3/min)とO2ガス流量を10SCCMとし、容量結合型のRFプラズマを使用する反応性イオンエッチングを行った。また、この際のRF電力は、500Wとすることができる。
本実施の形態では、この反応性イオンエッチングにより、金型21の成形面33に、例えば、ピッチが3μm間隔であり、深さが3μmの凹凸構造を形成することができる。なおエッチング条件により、深さや凹凸構造の形状は制御することができる。凹凸構造の形状は、例えば、鋸歯形状、円錐形状、円柱形状等にすることが可能である。
As the dry etching, reactive ion etching (RIE) is preferable as described in detail later. Further, the processing gas used at this time is preferably a mixed gas of CF 4 and O 2 . In this embodiment, the flow rate of CF 4 gas is 90 SCCM (SCCM is cm 3 / min when the gas is 25 ° C. and 1 atm), the O 2 gas flow rate is 10 SCCM, and capacitively coupled RF plasma is used. The reactive ion etching used was performed. In addition, the RF power at this time can be 500 W.
In the present embodiment, by this reactive ion etching, for example, a concavo-convex structure with a pitch of 3 μm and a depth of 3 μm can be formed on the molding surface 33 of the
最後に、金型21を硝酸溶液中に浸漬させ、残存したニッケル膜24の除去を行うと、成形面33に反射防止構造の転写構造が形成された本実施の形態が適用される金型50を製造することができる。(図2(g))。以上の一連の工程により、金型50の成形面33が曲面であってもリソグラフィ法により反射防止構造の転写構造を形成することができる。またこの反射防止構造の転写構造は、凹部と凸部の箇所の位置精度が良好であり、配列のパターンの歪みも少なくすることができる。
Finally, when the
なお、本実施の形態では、金型21として、凸型の金型を例示して説明を行ったが、凸型に限られるものではなく、凹型でもかまわない。この場合、リソグラフィ用のマスク10として、図1で説明した工程において、透明フィルム11をニッケル膜14が形成されている側を凸形状とするものを作製することで、対応することができる。
In the present embodiment, a convex mold has been described as an example of the
なお、上記図2(d)および図2(e)で説明した工程は、必ずしも必要なものではない。即ち、乾式エッチングを行う際に、レジスト残存部22aが耐えられるようなエッチング条件の下では、上記図2(c)の工程においてレジスト残存部22aをマスクとして直接乾式エッチングを行うことができる。その場合、乾式エッチングにより、金型21のレジスト残存部22aが形成されている部分以外の部分が優先的に除去され、金型21の成形面33に凹凸構造を形成することができる。つまり、レジスト残存部22aがニッケル膜24の代替となるためニッケル膜24を形成する必要がなくなり、図2(d)および図2(e)で説明した工程は不要となる。
In addition, the process demonstrated in the said FIG.2 (d) and FIG.2 (e) is not necessarily required. That is, when dry etching is performed, under the etching conditions that the resist remaining
(反応性イオンエッチング)
次に、反応性イオンエッチングを行う処理装置について説明を行う。
図4は、容量結合型のRFプラズマによって反応性イオンエッチングを行う処理装置の一例を説明した図である。
図4に示した反応性イオンエッチングを行う処理装置60は、被処理物61が設置される設置台62と、設置台62に対向して配置される対向電極63とを有する。また、処理装置60は、被処理物61の周囲環境に所定の処理ガスを導入する処理ガス導入バルブ64と、設置台62と対向電極63との間に高周波電圧を印加する高周波電源65と、周囲環境から空気又は処理ガスを排気する排気バルブ66及び排気ポンプ67とを有して構成される。ここで被処理物61は、例えば、図2(e)で説明を行ったニッケル膜24が残存した金型21が該当する。
(Reactive ion etching)
Next, a processing apparatus that performs reactive ion etching will be described.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a processing apparatus that performs reactive ion etching using capacitively coupled RF plasma.
A
設置台62は、被処理物61を搭載できる強度を有した、例えば、ステンレス等の導電体で構成される。そして、設置台62は、対向電極63と共に、高周波電源65に接続される。
The
対向電極63は、例えば、ステンレス等の導電体で構成される。対向電極63は、被処理物61が搭載された設置台62に対してほぼ平行になるように、対向電極63は設置台62に対して対向配置される。
The
処理ガス導入バルブ64は、後述する排気バルブ66及び排気ポンプ67とが、設置台62と対向電極63との間に形成される被処理物61の周囲環境から空気を排出して所定の真空度に達した後に、処理ガスを導入する。
The processing
高周波電源65は、設置台62と対向電極63との間に高周波電圧を印加する。印加される高周波は、処理ガス導入バルブ64によって導入される処理ガスが励起されてプラズマを生起させる程度の周波数及び電圧を有する。
The high
排気バルブ66及び排気ポンプ67は、設置台62と対向電極63との間に形成される被処理物61の周囲環境から、所定の真空度に達するまで空気を排出する。また、排気バルブ66及び排気ポンプ67は、処理が終了した後に、処理ガスを排気する際に使用される。
The
以上の構成を有する処理装置60を使用して反応性イオンエッチングを行う方法を以下に説明する。
まず、被処理物61が設置台62上の所定位置に搭載された後、排気バルブ66及び排気ポンプ67が協働して、所定の真空度に達するまで被処理物61の周囲環境から空気を排出する。所定の真空度に達した後、処理ガス導入バルブ64から、処理ガスが導入される。
A method of performing reactive ion etching using the
First, after the
そして、設置台62と対向電極63との間に、高周波電源65によって高周波電圧が印加される。印加された高周波電圧により処理ガスが分解されて、ラジカルやイオンが生成される。生成されたラジカルやイオンは、被処理物61に衝突し、表面原子と化学反応を起こして気化させ除去することでエッチングが行われる。
A high frequency voltage is applied between the installation table 62 and the
次に、図2で説明した工程で製造された金型50を用いて、光学素子をプレス成形する装置および方法を以下に説明する。
Next, an apparatus and a method for press-molding an optical element using the
(プレス成形装置)
図5は、本実施の形態が適用される金型50を用いた、プレス成形装置の一例を示す構成図である。
図5に示したプレス成形装置100は、光学素子の一例としてガラスレンズを、一対の金型を用いて真空中でプレス成形により製造する装置である。プレス成形装置100は、下金型50a及び上金型50bと、下金型50a及び上金型50bを所定の温度に維持する下均熱プレート114及び上均熱プレート116と、下金型50a及び上金型50bを昇温する下加熱ヒーター118及び上加熱ヒーター120とを有して構成される。また、プレス成形装置100は、上金型50bを可動させる加圧シリンダー124と、光ガラスレンズの成形環境を制御するガス導入口126及び真空排気口128と、下金型50a及び上金型50b等を収容するガラスレンズ成形器130と、上金型50bの動作を規制するスリーブ132とを有して構成される。
(Press molding equipment)
FIG. 5 is a configuration diagram showing an example of a press molding apparatus using a
The
下金型50aと上金型50bとは共に、上述した金型50である。なお、本実施の形態において、下金型50aは、凹型の金型であり、上金型50bは凸型の金型であるが、これは一例であり、例えば両方凹型の金型であってもよい。そして、下金型50aと上金型50bとが、載置されて軟化された光学素子母材122をプレス成形法により成形してガラスレンズを製作する。
下均熱プレート114と上均熱プレート116は、それぞれ下加熱ヒーター118と上加熱ヒーター120に搭載される。下均熱プレート114と上均熱プレート116は、サーマルバッファ(熱的緩衝体)の役割を果たし、下加熱ヒーター118と上加熱ヒーター120から受ける熱を、ガラスレンズの製作に支障がない程度に均一な状態にして下金型50aと上金型50bとに伝える。ここで、下加熱ヒーター118と上加熱ヒーター120とは、図示しない制御手段を用いて、下金型50aと上金型50bの表面がプレス成形に適した温度になるように制御されている。
Both the
Lower soaking
光学素子母材122は、製造されるガラスレンズが赤外光用に使用されるものであれば、例えば、赤外光を透過するカルコゲナイドガラスを使用することができる。また、赤外光用以外の用途に使用されるものであれば、シリカを主成分とし、アルミナ、ナトリウム、酸化ランタン等が添加された低融点ガラスが例示される。光学素子母材122は、例えば、600℃以下の軟化温度を有するガラスである低融点ガラスであっても、400℃以下の軟化温度を有するガラスである超低融点ガラスであってもよい。
加圧シリンダー124は、上加熱ヒーター120及び上均熱プレート116に固定された上金型50bを上下動させる駆動系である。そして、図示しない制御手段により動作が制御される。
真空排気口128は、成形時の金型の雰囲気を真空として、高温下での酸化を防止している。またこの真空雰囲気は、下金型50aと上金型50b表面の凹凸構造を光学素子母材122に正確に転写するのに必要である。
As the optical
The
The
以上の構成を有するプレス成形装置100が光学素子母材122をプレス成形してガラスレンズを製造する製造工程を以下に説明する。
まず、光学素子母材122を、下金型50aと上金型50bとの間に光学素子母材122を投入し、光学素子母材122をプレス成形装置100に配置する。
A manufacturing process in which the
First, the optical
次に、図示しない排気ポンプ及び処理ガス導入ポンプを使って、真空排気口128から空気を排気し、プレス成形装置100内部を真空にする。そして、下加熱ヒーター118及び上加熱ヒーター120を昇温し、真空下で光学素子母材122の転移点(転移温度)Tgまで光学素子母材122を充分に加熱し、更に、屈伏点(屈伏温度)Atまで昇温して光学素子母材122を軟化させる。
そして、屈伏温度At付近になったとき、加圧シリンダー124により上金型50bを可動させ、下金型50aと上金型50bとにより光学素子母材122をプレスする。
Next, air is exhausted from the
Then, when the temperature reaches the yielding temperature At, the
光学素子母材122は、プレスの際に下金型50a及び上金型50bにより加えられる圧力により外側に広がり、下金型50aと上金型50bとの間にできる空隙に収容され、プレス成形される。
その後、圧力を加えたままプレス成形装置100を転移温度Tg付近まで冷却し、次に上金型50bの圧力を開放し、例えば常温まで冷却して、ガラスレンズを取り出す。
この一連の工程により、下金型50aと上金型50bの表面の凹凸構造が光学素子母材122に転写され、反射防止構造等の凹凸構造を表面に有するガラスレンズが製造される。
The optical
Thereafter, the
Through this series of steps, the concavo-convex structure on the surfaces of the
以上詳述したように、本実施の形態のリソグラフィ用のマスクを用いる表面加工を行う被加工物として光学素子成形用の金型を例示し、光学素子成形用の金型に凹凸構造として反射防止構造の転写構造を形成する場合について説明を行ったが、これに限られるものではない。例えば、被加工物として回路基板を挙げることができる。この場合、曲面形状を有する回路基板の表面に本実施の形態のリソグラフィ用のマスクを用いてリソグラフィを行うことで、凹凸構造としての回路パターンを作製することができる。また、他の被加工物として光学素子を挙げることができる。この場合、光学素子に直接反射防止構造等の凹凸構造を形成することができる。また、凹凸構造の変更を行うことで、反射防止構造のみならずマイクロレンズ、波長板、回折格子(グレーティング)、回折素子等を作製することも同様に可能である。
また、本実施の形態のリソグラフィ用のマスクは、光学素子成形用の金型の成形面の全体に沿う形状で作製を行ったが、これに限られるものではなく、リソグラフィを行いたい部分について沿う形状であれば足りる。即ち、被加工物に対し、リソグラフィを行いたい一部の形状に沿う形状でリソグラフィ用のマスクを作製すればよい。
As described in detail above, an optical element molding die is exemplified as a workpiece to be subjected to surface processing using the lithography mask of the present embodiment, and the optical element molding die is antireflective as a concavo-convex structure. Although the case where the transfer structure of the structure is formed has been described, the present invention is not limited to this. For example, a circuit board can be used as the workpiece. In this case, a circuit pattern having a concavo-convex structure can be manufactured by performing lithography using the lithography mask of this embodiment on the surface of a circuit board having a curved shape. Moreover, an optical element can be mentioned as another workpiece. In this case, an uneven structure such as an antireflection structure can be directly formed on the optical element. In addition, by changing the concavo-convex structure, it is possible to produce not only the antireflection structure but also a microlens, a wave plate, a diffraction grating (grating), a diffraction element, and the like.
In addition, the lithography mask of the present embodiment is manufactured in a shape that conforms to the entire molding surface of the optical element molding die, but is not limited to this. A shape is sufficient. In other words, a mask for lithography may be formed in a shape along a part of the shape to be subjected to lithography for a workpiece.
そして、本実施の形態では、乾式エッチングとして容量結合型の反応性イオンエッチングを行う方法について説明したが、これに限られるものではなく、例えば、二波長容量結合型プラズマエッチング法、磁界を利用した反応性イオンエッチング法、ECR(Electron Cyclotron Resonance)エッチング法、誘導結合プラズマエッチング法(ICP:Inductively Coupled Plasma)、独立したイオン銃を有するイオン処理装置等の試料に反応性イオンやラジカルを照射する手法の全てが利用可能である。 In this embodiment, the method of performing capacitive coupling type reactive ion etching as dry etching has been described. However, the present invention is not limited to this, and for example, a two-wavelength capacitive coupling type plasma etching method or a magnetic field is used. Reactive ion etching method, ECR (Electron Cyclotron Resonance) etching method, inductively coupled plasma etching (ICP: Inductively Coupled Plasma), a method of irradiating a reactive ion or radical to a sample such as an ion processing apparatus having an independent ion gun All of these are available.
図1で説明した工程により、ポリエチレンテレフタレート(PET)からなる透明フィルム11に直径が2μmの円形状であり、3μmのピッチで六方格子状に配列したニッケル膜14が形成されたリソグラフィ用のマスク10を作製した。このマスク10を使用して、図2で説明した工程により光学素子成形用の下金型50a、上金型50bを作製した。ここで作製した下金型50aは、凹型の金型であり、上金型50bは凸型の金型である。そして、下金型50a、上金型50bには、ピッチが3μm間隔であり、深さが3μmの凹凸構造が形成されている。
A
そして、図5で説明をしたプレス成形装置100を使用して、光学素子のプレス成形を行った。
光学素子母材122には赤外光の透過材料であるカルコゲナイドガラスを用いた。プレス成形装置100内に下金型50aと上金型50bと光学素子母材122をセットし、プレス成形装置100内を真空排気した後に、下金型50aと上金型50bを加熱した。下金型50aと上金型50bの温度が270℃に達した後に、プレス成形を開始した。成形圧力は7MPaであり、20分間保持した後に、成形圧力を解除した。その後、室温まで冷却して光学素子であるレンズを取り出した。このようにして、凸面の曲率半径が20mm、凹面の曲率半径が20.1mmのメニスカス形状で、表面にピッチが約3μmであり、深さが約3μmである微細凹凸構造を有する赤外光レンズを得た。このレンズの赤外光の反射率を測定したところ、波長8μm〜12μmの範囲での反射率は2%未満であり、良好な反射防止構造がレンズ表面に形成されていることが確認できた。
Then, press molding of the optical element was performed using the
As the optical
10…マスク、11…透明フィルム、12…レジスト層、12a…孔部、13…ガラスフォトマスク、14…ニッケル膜、15a、15b…型母材、50…金型、60…処理装置、100…プレス成形装置
DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記リソグラフィを行う際に照射する光を透過する基板に所定のパターンを有する遮光層を形成する工程と、
前記遮光層が形成された前記基板を押圧することにより変形させ、前記被加工物の前記表面の少なくとも一部の形状に沿う形状にする工程と、
を含むことを特徴とするリソグラフィ用のマスクの製造方法。 A method for producing a lithographic mask used for processing a surface of a workpiece, at least part of which is a curved surface,
Forming a light-shielding layer having a predetermined pattern on a substrate that transmits light irradiated when performing the lithography;
Deforming by pressing the substrate on which the light-shielding layer is formed, and forming the shape along the shape of at least a part of the surface of the workpiece;
A method of manufacturing a mask for lithography.
前記被加工物の前記表面にレジスト層を形成する工程と、
基板に所定のパターンを有する遮光層を形成し、当該遮光層が形成された当該基板を押圧することにより変形させ前記被加工物の表面の少なくとも一部の形状に沿う形状にすることで作製されたマスクを前記レジスト層の表面に設置する工程と、
露光を行うことで、前記レジスト層を感光させ、前記パターンを当該レジスト層に転写する工程と、
現像を行うことで、感光した前記レジスト層を除去する工程と、
乾式エッチングを行うことで、前記パターンに対応した凹凸構造を前記被加工物の前記表面に形成する工程と、
を含むことを特徴とする表面加工方法。 A method of forming a concavo-convex structure on the surface of a workpiece, wherein at least a part of the surface shape is a curved surface,
Forming a resist layer on the surface of the workpiece;
A light shielding layer having a predetermined pattern is formed on a substrate, and the substrate on which the light shielding layer is formed is deformed by pressing to form a shape along at least a part of the surface of the workpiece. Installing a mask on the surface of the resist layer;
Exposing the resist layer by exposing and transferring the pattern to the resist layer; and
Removing the exposed resist layer by developing; and
Forming a concavo-convex structure corresponding to the pattern on the surface of the workpiece by performing dry etching;
A surface processing method comprising:
前記成形面にレジスト層を形成する工程と、
基板に所定のパターンを有する遮光層を形成し、当該遮光層が形成された当該基板を押圧することにより変形させ前記成形面の少なくとも一部の形状に沿う形状にすることで作製されたマスクを前記レジスト層の表面に設置する工程と、
露光を行うことで、前記レジスト層を感光させ、前記パターンを当該レジスト層に転写する工程と、
現像を行うことで、感光した前記レジスト層を除去する工程と、
乾式エッチングを行うことで、前記パターンに対応した凹凸構造を前記成形面に形成する工程と、
を含むことを特徴とする光学素子成形用の金型の製造方法。 A method of forming a concavo-convex structure on a molding surface having a curved surface, and manufacturing a mold for optical element molding,
Forming a resist layer on the molding surface;
A mask manufactured by forming a light-shielding layer having a predetermined pattern on a substrate and deforming the substrate on which the light-shielding layer is formed by pressing to form a shape along at least a part of the shape of the molding surface. Installing on the surface of the resist layer;
Exposing the resist layer by exposing and transferring the pattern to the resist layer; and
Removing the exposed resist layer by developing; and
Forming a concavo-convex structure corresponding to the pattern on the molding surface by performing dry etching;
The manufacturing method of the metal mold | die for optical element shaping | molding characterized by including these.
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