JP2001269942A - Method for making microstructure of image display device - Google Patents
Method for making microstructure of image display deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、型転写を用いて樹
脂製の微細構造体を形成するマイクロレプリカ技術に関
するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a micro-replica technique for forming a resin microstructure using mold transfer.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、データプロジェクタ、ビデオプロ
ジェクタなどの映像投映装置の小型化がいっそう進んで
おり、映像デバイスも非常に小型化されている。このた
め、ミクロンオーダあるいはサブミクロンオーダの光学
素子およびそれを搭載した映像表示デバイスの開発が行
われている。同様に、光通信、光演算、ホログラムメモ
リー等の光記録装置、光プリンターなどでは、高解像度
および高速応答が要求されるシステムのデバイスとして
もミクロンオーダあるいはさらに小さなサブミクロンオ
ーダの微細構造（マイクロストラクチャ）を備えた光学
系のデバイスの開発が進められている。2. Description of the Related Art In recent years, the size of video projectors such as data projectors and video projectors has been further reduced, and the size of video devices has been extremely reduced. For this reason, optical elements on the order of microns or sub-microns and video display devices equipped with the same have been developed. Similarly, in optical communication, optical arithmetic, optical recording devices such as hologram memories, optical printers, and the like, devices for systems requiring high resolution and high-speed response require microstructures on the order of microns or even smaller submicrons (microstructures). ) Are being developed.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】図１に、本願出願人が
開発を進めているエバンセント波（エバネセント光）を
利用して光を変調する映像表示デバイス（エバネセント
光スイッチングデバイス）の概要を示してある。この映
像表示デバイス５０は複数の光スイッチング素子（光ス
イッチング機構）１０が２次元に配列されたデバイスで
あり、個々の光スイッチング素子１０は、単体では導入
された光２を全反射して伝達可能な導光板（光ガイド）
１に接近および離反して光を変調可能な光学素子３と、
この光学素子部３を駆動するアクチュエータ６とを備え
ている。これらの光学素子（マイクロ光学素子）および
アクチュエータ（マイクロアクチュエータ）をミクロン
オーダで製造すると共に、２次元にアレイ状に配置した
デバイスをチップサイズにまとめることにより、光学素
子３の層およびアクチュエータ６の層がアクチュエータ
を駆動する駆動回路およびデジタル記憶回路（記憶ユニ
ット）が作りこまれた半導体基板２０の上に積層でき、
１つの映像表示デバイスとして集積化されたものを提供
することができる。FIG. 1 shows an outline of an image display device (evanescent light switching device) which modulates light using an evanescent wave (evanescent light) which is being developed by the present applicant. is there. The image display device 50 is a device in which a plurality of optical switching elements (optical switching mechanisms) 10 are two-dimensionally arranged. Each of the optical switching elements 10 is capable of transmitting the reflected light 2 by totally reflecting the light alone. Light guide plate (light guide)
An optical element 3 capable of modulating light by approaching and moving away from 1;
And an actuator 6 for driving the optical element section 3. These optical elements (micro-optical elements) and actuators (micro-actuators) are manufactured on the order of microns, and devices arranged two-dimensionally in an array are integrated into a chip size to form a layer of the optical element 3 and a layer of the actuator 6. Can be stacked on a semiconductor substrate 20 on which a drive circuit for driving an actuator and a digital storage circuit (storage unit) are built,
An integrated image display device can be provided.
【０００４】エバネセント光を利用した本例の映像表示
デバイス５０についてさらに詳しく説明しておく。個々
の光スイッチング素子１０をベースに説明すると、図１
の左側に示した光スイッチング素子１０ａはオン状態で
あり、右側に示した光スイッチング素子１０ｂがオフ状
態である。光学素子３は、導波路としての機能を果たす
導光板１（光ガイド）の面（全反射面）１ａに密着する
面（接触面または抽出面）３ａと、この面３ａが全反射
面１ａに密着したときに漏れ出たエバネセント波を抽出
して内部で導光板１に対しほぼ垂直な方向に反射するＶ
字型の反射プリズム（マイクロプリズム）４と、このＶ
字型のプリズム４を支持するサポート構造５とを備えて
いる。[0004] The image display device 50 of the present example using evanescent light will be described in more detail. To explain based on the individual optical switching elements 10, FIG.
The optical switching element 10a shown on the left side is in an on state, and the optical switching element 10b shown on the right side is in an off state. The optical element 3 has a surface (contact surface or extraction surface) 3a that is in close contact with the surface (total reflection surface) 1a of the light guide plate 1 (light guide) that functions as a waveguide, and this surface 3a is the total reflection surface 1a. V that extracts the evanescent wave that leaks out when it comes into close contact and reflects it in a direction substantially perpendicular to the light guide plate 1 inside
-Shaped reflection prism (micro prism) 4 and this V
And a support structure 5 for supporting the U-shaped prism 4.
【０００５】アクチュエータ６は、光学素子３を静電駆
動できるようになっており、光学素子３のサポート構造
５が機械的に連結された上電極７と、この上電極７と対
峙した下電極８とを備えている。そして、下電極８と、
上電極７のアンカープレート９は半導体基板２０の最上
面２０aに積層されている。上電極７はアンカープレー
ト９から上方に伸びた支柱１１により支持されており、
下電極８と上電極７との間に空間が形成されている。し
たがって、たとえば、プレート９を介して上電極７を接
地し、下電極８に対し駆動ユニット２１から電位あるい
は電荷を加えると上電極７が下方に動き、これに連動し
て光学素子部３が導光板１から離れる（第２の位置）。
一方、上電極７は弾性部材としての機能を部分的に備え
ており、下電極８に記憶ユニット２１から加えられてい
た電位あるいは電荷が除去される、あるいは解除される
と、下電極８から上電極７が離れ、上電極７の弾性によ
り光学素子部３が導光板１に密着する（第１の位置）。The actuator 6 is capable of electrostatically driving the optical element 3. An upper electrode 7 to which a support structure 5 of the optical element 3 is mechanically connected, and a lower electrode 8 opposed to the upper electrode 7. And And the lower electrode 8,
The anchor plate 9 of the upper electrode 7 is laminated on the uppermost surface 20a of the semiconductor substrate 20. The upper electrode 7 is supported by a support 11 extending upward from the anchor plate 9,
A space is formed between the lower electrode 8 and the upper electrode 7. Therefore, for example, when the upper electrode 7 is grounded via the plate 9 and a potential or electric charge is applied to the lower electrode 8 from the drive unit 21, the upper electrode 7 moves downward, and the optical element section 3 is driven in conjunction with this. Move away from the light plate 1 (second position).
On the other hand, the upper electrode 7 partially has a function as an elastic member, and when the potential or electric charge applied to the lower electrode 8 from the storage unit 21 is removed or released, the upper electrode 7 rises from the lower electrode 8. The electrode 7 separates, and the optical element portion 3 comes into close contact with the light guide plate 1 due to the elasticity of the upper electrode 7 (first position).
【０００６】図１に示したように、導光板１には光源か
ら照明光２が全反射面１aで全反射する角度で供給され
ており、その内部の全ての界面、すなわち、光学素子部
（光スイッチング部）３に面した側１ａと、上方の面
（出射面）において光が繰り返し全反射し、導光板１の
内部が光線で満たされる。したがって、この状態で巨視
的には照明光２は導光板１の内部に閉じ込められ、その
中を損失なく伝播している。一方、微視的には、導光板
１の全反射している面１ａの付近では、導光板１から光
の波長程度のごく僅かな距離だけ、照明光２が一度漏出
し、進路を変えて再び導光板１の内部に戻るという現象
が起きている。このように面１ａから漏出した光を一般
にエバネッセント波と呼ぶ。このエバネッセント波は、
全反射面１ａに光の波長程度またはそれ以下の距離で他
の光学部材を接近させることにより取り出すことができ
る。本例の光スイッチング素子１０は、この現象を利用
して導光板１を伝達する光を高速で変調、すなわち、ス
イッチング（オンオフ）することを目的としてデザイン
されている。As shown in FIG. 1, illumination light 2 is supplied to a light guide plate 1 from a light source at an angle at which the illumination light 2 is totally reflected by a total reflection surface 1a. Light is repeatedly totally reflected on the side 1a facing the light switching portion 3 and on the upper surface (emission surface), and the inside of the light guide plate 1 is filled with light rays. Therefore, in this state, the illumination light 2 is macroscopically confined inside the light guide plate 1 and propagates therein without any loss. On the other hand, microscopically, in the vicinity of the surface 1a of the light guide plate 1 which is totally reflected, the illumination light 2 leaks from the light guide plate 1 only for a very short distance of about the wavelength of light, and changes its course. The phenomenon of returning to the inside of the light guide plate 1 again occurs. The light leaked from the surface 1a in this manner is generally called an evanescent wave. This evanescent wave
It can be taken out by bringing another optical member close to the total reflection surface 1a at a distance of about the wavelength of light or less. The optical switching element 10 of the present embodiment is designed to modulate light transmitted through the light guide plate 1 at high speed, that is, to switch (on / off) using this phenomenon.
【０００７】したがって、光スイッチング素子１０ａで
は、光学素子３が導光板１の全反射面１ａに接触した第
１の位置にあるので、光学素子３の面３ａによりエバネ
セント波を抽出することができる。このため、光学素子
３のマイクロプリズム４で抽出した光２は角度が変えら
れて出射光２ａとなる。一方、光スイッチング素子１０
ｂでは、駆動ユニット２１により上下電極７および８に
極性の異なる電圧が印加され、これらの電極７および８
の間に働く静電力により光学素子３が導光板１から離れ
た第２の位置に動かされる。したがって、光学素子３に
よってエバネセント波は抽出されず、光２は導光板１の
内部から出ない。Therefore, in the optical switching element 10a, since the optical element 3 is at the first position in contact with the total reflection surface 1a of the light guide plate 1, evanescent waves can be extracted by the surface 3a of the optical element 3. For this reason, the light 2 extracted by the microprism 4 of the optical element 3 is changed in angle and becomes the output light 2a. On the other hand, the optical switching element 10
In b, voltages having different polarities are applied to the upper and lower electrodes 7 and 8 by the drive unit 21, and these electrodes 7 and 8 are applied.
The optical element 3 is moved to the second position apart from the light guide plate 1 by the electrostatic force acting during the period. Therefore, the evanescent wave is not extracted by the optical element 3, and the light 2 does not exit from the inside of the light guide plate 1.
【０００８】エバネセント波を用いた光スイッチング素
子は単独でも光をスイッチングできる装置として機能す
るが、図１に示したように、これらを１次元あるいは２
次元方向、さらには３次元に並べて配置することができ
る構成になっている。特に２次元にマトリクスあるいは
アレイ状に並べて配置することにより、液晶あるいはＤ
ＭＤと同様に平面的な画像を表示可能な映像デバイスあ
るいは画像表示ユニット５５を提供することができる。
そして、エバネセント光を用いた映像表示デバイス５０
では、光学素子３の移動距離がサブミクロンオーダとな
るので、液晶より１桁あるいはそれ以上応答速度の速い
光変調装置として利用でき、これを用いたプロジェクタ
あるいは直視型の画像表示装置を提供することが可能と
なる。さらに、エバネセント光を用いた光スイッチング
素子１０は、サブミクロンオーダの動きで光をほぼ１０
０パーセント、オンオフすることが可能であり、非常に
コントラストの高い画像を表現することができる。この
ため、時間的な分解能を高くすることが容易であり、高
コントラストの画像表示装置を提供できる。An optical switching element using an evanescent wave functions as a device capable of switching light by itself. However, as shown in FIG.
It is configured so that it can be arranged in a three-dimensional direction, or even three-dimensionally. In particular, by arranging two-dimensionally in a matrix or array,
It is possible to provide a video device or an image display unit 55 capable of displaying a two-dimensional image similarly to the MD.
Then, the video display device 50 using the evanescent light
In this case, since the moving distance of the optical element 3 is on the order of submicron, it can be used as a light modulator having a response speed one digit or more faster than that of liquid crystal, and a projector or a direct-view type image display using the same can be provided. Becomes possible. Further, the optical switching element 10 using the evanescent light allows the light to be almost 10
It can be turned on and off by 0%, and an image with very high contrast can be expressed. For this reason, it is easy to increase the temporal resolution, and a high-contrast image display device can be provided.
【０００９】さらに、上述したように、駆動回路などが
作りこまれた半導体集積基板２０にアレイ状に配置され
たアクチュエータ６および光学素子３が積層された構成
の映像表示デバイス５０を１チップで提供することが可
能である。すなわち、半導体基板２１の上にアクチュエ
ータ６および光学素子３といったマイクロストラクチャ
が構築されたマイクロマシンあるいは集積化デバイスで
ある映像表示デバイス５０と光ガイド１とを組み立てる
ことにより映像表示ユニット５５を供給でき、これを組
み込むことにより動作速度が速く高解像で、さらに、高
コントラストの画像を表示できるプロジェクタを提供で
きる。Further, as described above, an image display device 50 having a configuration in which the actuators 6 and the optical elements 3 arranged in an array on the semiconductor integrated substrate 20 in which the drive circuit and the like are built is provided in one chip. It is possible to That is, the video display unit 55 can be supplied by assembling the video display device 50, which is a micromachine or an integrated device, in which microstructures such as the actuator 6 and the optical element 3 are constructed on the semiconductor substrate 21, and the light guide 1. By incorporating the above, it is possible to provide a projector which can display a high-contrast image with a high operation speed and a high resolution.
【００１０】エバネセント光を用いたスイッチングデバ
イスは図１に示したものに限定されず、たとえば、上電
極７および下電極８に加え、これらの間で動く中間電極
を設け、この中間電極に連動して光学素子３が駆動され
るような構成のアクチュエータ６を備えた映像表示デバ
イスも可能である。このエバネセント光を利用した映像
表示デバイスは、アクチュエータ６の構成が複雑になる
が低電圧で駆動できるというメリットを備えている。さ
らに、電極を使用した静電アクチュエータの代わりに、
ピエゾ素子を用いてアクチュエータを構成することも可
能でありアクチュエータとしてはいくつかのものが考え
られている。したがって、以下、本明細書では、簡単の
ため上下電極の静電駆動タイプのアクチュエータに基づ
き説明するが、アクチュエータの構成はこれに限定され
るものではない。The switching device using the evanescent light is not limited to the one shown in FIG. 1. For example, in addition to the upper electrode 7 and the lower electrode 8, an intermediate electrode moving between them is provided, and the intermediate electrode is interlocked with the intermediate electrode. An image display device having an actuator 6 configured to drive the optical element 3 is also possible. The video display device using the evanescent light has a merit that the configuration of the actuator 6 is complicated but can be driven at a low voltage. Furthermore, instead of electrostatic actuators using electrodes,
It is also possible to form an actuator using a piezo element, and several actuators have been considered. Therefore, in the following description, the description will be made based on an actuator of an electrostatic drive type with upper and lower electrodes for simplicity, but the configuration of the actuator is not limited to this.
【００１１】エバネセント光を利用した映像表示デバイ
スは上記のように優れた特性を備えている。しかしなが
ら、この映像表示デバイスを実用化するためにはいくつ
かの解決すべき課題があり、その１つは、歩留まりの向
上と低コスト化である。すなわち、映像表示デバイスを
構成する個々の光スイッチング素子が画素を表示するの
で、欠陥があると画質が劣化する。したがって、画素欠
陥のないあるいは少ない、歩留まりの高い映像表示デバ
イスを製造することが重要となる。また、歩留まりを向
上することにより、画素欠陥のない製品を低コストで提
供するが可能となる。An image display device using evanescent light has excellent characteristics as described above. However, there are several problems to be solved in order to put this video display device into practical use, and one of them is to improve the yield and reduce the cost. That is, since each optical switching element constituting the video display device displays a pixel, if there is a defect, the image quality deteriorates. Therefore, it is important to manufacture a high-yield video display device having no or few pixel defects. In addition, by improving the yield, it is possible to provide a product free from pixel defects at low cost.
【００１２】エバネセント光を利用した映像表示デバイ
スは、上述したように多数のマイクロ光学素子をアクチ
ュエータで駆動するタイプであり、全反射面に対しサブ
ミクロンオーダあるいはそれ以下の動きにより光をオン
オフする。したがって、高速化が容易である反面、寸法
精度の高いマイクロ光学素子が要求される。さらに、光
の透過性に優れているなどの光学的な性質も優れている
素材によりマイクロ光学素子を製造する必要がある。こ
れらの要求を満たすため、本願の発明者らは樹脂層に型
転写することによりマイクロストラクチャを成形するマ
イクロレプリカ技術を開発した。An image display device using evanescent light is of a type in which a large number of micro-optical elements are driven by an actuator as described above, and turns on / off the light with a movement of a submicron order or less with respect to a total reflection surface. Therefore, a micro optical element having high dimensional accuracy is required, while speeding up is easy. Further, it is necessary to manufacture a micro optical element using a material having excellent optical properties such as excellent light transmittance. In order to satisfy these requirements, the inventors of the present application have developed a micro replica technology for forming a micro structure by transferring a mold to a resin layer.
【００１３】この型転写を用いる製造方法では、２枚の
基板間（１枚の基板は形状を転写する型）に樹脂材を挟
み込み、両側から圧力をかけながら、またはかけた後
に、光または熱により硬化させる。そして、成形された
樹脂層を基板から剥離しながら転写型を外して、すなわ
ち離型して樹脂層を形成する。これにより所定のミクロ
ンオーダあるいはそれ以下の形状を備えた樹脂層が成形
される。In this manufacturing method using mold transfer, a resin material is sandwiched between two substrates (one substrate is a mold for transferring the shape), and light or heat is applied while applying pressure from both sides or after applying the pressure. To cure. Then, the transfer mold is removed while the molded resin layer is separated from the substrate, that is, the mold is released to form a resin layer. As a result, a resin layer having a shape of a predetermined micron order or less is formed.
【００１４】しかしながら、この方法では、樹脂材を硬
化させた後の転写型を外す離型の際に、ダメージが生ず
る可能性があり、歩留りを低下させる要因となってい
る。すなわち、樹脂層から転写型を外す際に、樹脂が転
写型に付着する可能性がある。このため、光学素子の表
面にダメージが生じる。However, according to this method, there is a possibility that damage will occur at the time of releasing the transfer mold after the resin material is cured, which causes a reduction in yield. That is, when removing the transfer mold from the resin layer, the resin may adhere to the transfer mold. For this reason, the surface of the optical element is damaged.
【００１５】これに対して、転写型の表面にフッ素樹脂
などの離型剤を処理する方法が考えられ、この方法によ
り、一見、転写型をスムーズに剥がすことができる。し
かしながら、本願の発明者らの実験によると、離型剤を
塗布しないで剥がした場合と比較し、光学素子の表面粗
さが著しく大きくなってしまい、マイクロ光学素子とし
ての性能が劣化する。On the other hand, a method of treating the surface of the transfer mold with a release agent such as a fluororesin can be considered. With this method, the transfer mold can be smoothly peeled off at first glance. However, according to the experiments performed by the inventors of the present application, the surface roughness of the optical element is significantly increased as compared with the case where the release agent is peeled off without being applied, and the performance as a micro optical element is deteriorated.
【００１６】このため、離型剤を塗布せずに、転写型を
外すために樹脂と転写型との間に、薄刀などの治具を差
込んで剥離することが行われているが、作業効率が悪
い。また、熟練度が要求されるため、品質にばらつきが
生じる等、歩留りの向上が難しい。したがって、今後、
上述したエバネセント波を使用したデバイスを量産する
上で、転写型を剥離する工程の処理が問題となる。[0016] For this reason, a jig such as a thin sword is inserted between the resin and the transfer mold in order to remove the transfer mold without applying a release agent. Poor work efficiency. Further, since skill is required, it is difficult to improve the yield, for example, the quality is varied. Therefore, in the future,
In mass-producing devices using the above-mentioned evanescent waves, the process of the step of peeling the transfer mold becomes a problem.
【００１７】また、上記のように転写型により容易に、
精度良く成形できないという問題は、光スイッチング素
子に限らず、他の目的、例えばマイクロバルブをスイッ
チングするようなマイクロマシンを製造する技術として
も応用可能であり、量産する際には同様に解決しなけれ
ばならない問題である。Further, as described above, the transfer mold can be used more easily.
The problem that molding cannot be performed accurately can be applied not only to optical switching elements but also to other purposes, for example, as a technique for manufacturing a micromachine that switches a microvalve. It is a problem that must not be done.
【００１８】そこで、本発明においては、マイクロレプ
リカ技術により微細構造体を備えたデバイスを量産する
際に、成形面の精度の高い製品を歩留り良く、短時間で
製造できる微細構造体の製造方法を提供することを目的
としている。In view of the above, the present invention provides a method for manufacturing a microstructure capable of manufacturing a product having a high precision of a molding surface with good yield in a short time when mass-producing a device having the microstructure by the micro replica technique. It is intended to provide.
【００１９】また、その製造方法により、エバネセント
波を用いた高品質の映像表示デバイスを低コストで供給
できる製造方法を提供することも目的としている。It is another object of the present invention to provide a manufacturing method capable of supplying a high-quality image display device using evanescent waves at low cost by the manufacturing method.
【００２０】[0020]
【課題を解決するための手段】マイクロレプリカ技術
（型転写）によって製造する際には、微細構造に形成さ
れた樹脂が転写型から容易に剥がせる離型剤で処理する
ことが望ましいことは上述した通りである。しかしなが
ら、一般的なフッ素系のコート剤を離型剤として用いる
と、表面精度が劣化することを本願発明者らは見出して
いる。これは、フッ素系のコート剤は、撥水性が高く、
表面エネルギーが大きすぎるためであると考えられてい
る。すなわち、マイクロレプリカ技術は、ミクロンオー
ダ、あるいはそれ以下の形状を転写により作り込む技術
であり、その表面精度は少なくともサブミクロンオーダ
が要求されている。このため、離型剤を処理したとき
に、表面エネルギー（濡れ性）が高すぎると、サブミク
ロンオーダの表面形状を忠実に樹脂に転写することが難
しい。これは、フッ素系のコート剤を基板に処理した表
面の接触角が非常に大きくなくなり、表面に沿って樹脂
が流れ難くなることからも予想される。一方、転写型の
表面の接触角が小さすぎると、樹脂の密着度が高くなり
すぎて型転写した後に剥離することが難しくなる。When manufacturing by the micro-replica technique (mold transfer), it is desirable that the resin formed in the fine structure be treated with a release agent that can be easily peeled off from the transfer mold. As you did. However, the present inventors have found that when a general fluorine-based coating agent is used as a release agent, the surface accuracy is deteriorated. This is because fluorine coating agent has high water repellency,
It is believed that the surface energy is too high. In other words, the micro-replica technique is a technique for producing a shape on the order of microns or smaller by transfer, and its surface accuracy is required to be at least on the order of sub-microns. Therefore, if the surface energy (wetting property) is too high when the release agent is treated, it is difficult to faithfully transfer the surface shape on the order of submicron to the resin. This is also expected from the fact that the contact angle on the surface of the substrate treated with the fluorine-based coating agent becomes very large, and the resin hardly flows along the surface. On the other hand, if the contact angle on the surface of the transfer mold is too small, the degree of adhesion of the resin becomes too high, and it becomes difficult to peel off the mold after transferring the mold.
【００２１】これに対して、本出願人らは、ガラスの表
面処理剤などとして使用されているカップリング剤を離
型剤として用いて転写型の表面に処理することにより、
表面エネルギーを適度な範囲にできることを見出した。
すなわち、カップリング剤を離型剤として施すことによ
り、転写型の表面を、転写された樹脂の表面粗さがサブ
ミクロンオーダで平滑になる程度の濡れ性を持ち、さら
に、その表面の吸引性、あるいは密着性が極端に高くな
らない程度のエネルギー、例えば、水の接触角で６０度
から９０度程度の範囲にすることができる。On the other hand, the applicants of the present invention have processed the surface of the transfer mold by using a coupling agent used as a surface treatment agent for glass or the like as a release agent.
It has been found that the surface energy can be adjusted to an appropriate range.
In other words, by applying the coupling agent as a release agent, the surface of the transfer mold has wettability such that the surface roughness of the transferred resin becomes smooth on the order of submicron, and further, the suction property of the surface Alternatively, the energy may be such that the adhesion does not become extremely high, for example, the contact angle of water may be in the range of about 60 to 90 degrees.
【００２２】カップリング剤は、無機材料と有機材料も
しくは異種の複合材料において化学的に両者を結び付け
るあるいは化学反応を伴って親和性を改善し機能を高め
る薬剤である。さらに、カップリング剤は、原理的には
分子のみが基板表面上に結合するため、非常に薄い膜を
均一に作ることができるという効果もあり、サブミクロ
ンオーダで転写型の形状を精度良く写しとることができ
る。また、カップリング剤の表面に表われている分子
は、同じ方向（分子長軸方向（長鎖方向）が基板表面に
対して垂直）を向いている。このため、同じ構造のカッ
プリング剤を用いれば、基板の種類、膜の作製方法に関
係なく、同じ表面エネルギーの表面を作ることができる
ので、品質も安定する。A coupling agent is an agent which chemically binds an inorganic material and an organic material or a heterogeneous composite material or improves the affinity by a chemical reaction to enhance the function. In addition, the coupling agent has the effect that, in principle, only molecules bind to the substrate surface, making it possible to form an extremely thin film uniformly. You can do it. Further, the molecules appearing on the surface of the coupling agent are oriented in the same direction (the direction of the long axis of the molecule (long chain direction) is perpendicular to the substrate surface). For this reason, by using a coupling agent having the same structure, a surface having the same surface energy can be produced irrespective of the type of the substrate and the method of producing the film, so that the quality is stabilized.
【００２３】すなわち、本発明の微細構造体の製造方法
では、基板上に樹脂を塗布して転写型を用いて微細構造
を成形する際に、転写型の表面を、少なくとも１つのカ
ップリング剤からなる離型剤で処理する工程を有するこ
とを特徴としている。That is, in the method for manufacturing a microstructure according to the present invention, when a resin is applied onto a substrate to form a microstructure using a transfer mold, the surface of the transfer mold is removed from at least one coupling agent. And a step of treating with a mold release agent.
【００２４】本発明においては、従来は密着性を高める
ために基板の表面処理剤として用いていたカップリング
剤に対し、発想をかえて用途目的を離型剤とすること
で、上述したようなカップリング剤の特性を生かし、転
写型の表面エネルギーを型転写および、その後転写型を
スムーズに剥離するのに適した範囲に安定することがで
きる。このため、スムーズに転写型を外すことができ、
さらに、成形された樹脂の表面がダメージを受けること
がない。したがって、本発明の製造方法により製造され
た微細構造体の成形された樹脂の表面は、転写型の形状
を忠実に再現でき、表面もサブミクロンオーダで平坦に
なる。本発明を加えたマイクロレプリカ技術により、成
形面の転写精度が高い微細構造体を備えたデバイスを量
産できる。さらに、本発明により成形した樹脂から転写
型を剥離する作業が容易となった微細構造体の製造方法
を提供できる。したがって、１つのデバイスの歩留りが
向上し、製造コストを低減できる。In the present invention, the coupling agent, which has been conventionally used as a surface treatment agent for a substrate to enhance the adhesion, is used as a release agent for the purpose of use with the idea described above. By making use of the characteristics of the coupling agent, the surface energy of the transfer mold can be stabilized in a range suitable for mold transfer and then smooth separation of the transfer mold. For this reason, the transfer mold can be removed smoothly,
Further, the surface of the molded resin is not damaged. Therefore, the surface of the molded resin of the microstructure manufactured by the manufacturing method of the present invention can faithfully reproduce the shape of the transfer die, and the surface becomes flat on the order of submicrons. By the micro-replica technology to which the present invention has been added, it is possible to mass-produce devices having a fine structure with high transfer accuracy of a molding surface. Further, it is possible to provide a method for manufacturing a fine structure in which the operation of peeling the transfer mold from the resin molded according to the present invention becomes easy. Therefore, the yield of one device is improved, and the manufacturing cost can be reduced.
【００２５】シラン系に加え、アルミ系、またはチタネ
ート系を含めたカップリング剤は、一般的に上述した特
性を備えている。特に、本願の発明者らが確認したシリ
コン系の素材が用いられることの多い微細構造体におい
ては、下記の構造式（一般式）〔I〕で表されるシラン
系カップリング剤（シリコン系カップリング剤）により
上記のような表面状態を実現できる。In addition to silanes, coupling agents including aluminum or titanates generally have the properties described above. In particular, in a microstructure in which a silicon-based material confirmed by the inventors of the present application is often used, a silane-based coupling agent represented by the following structural formula (general formula) [I] (silicon-based coupling agent) The surface condition as described above can be realized by the ring agent).
【００２６】 Ｘ−Ｒ−ＳｉＹ3-n1（ＣＨ3）n1 〔I〕 但し、この構造式〔I〕において、Ｘは有機官能基、Ｙ
は加水分解性基、Ｒはアルキレン基であり、ｎ１は０、
１または２の整数である。XR—SiY 3-n1 (CH 3 ) n1 [I] In the structural formula [I], X is an organic functional group, and Y is
Is a hydrolyzable group, R is an alkylene group, n1 is 0,
It is an integer of 1 or 2.
【００２７】例えば、カップリング剤は、上記の構造式
〔I〕で示す有機官能基Ｘが、アルキル基、フルオロア
ルキル基、ビニル基、エポキシ基、アミノ基、メルカプ
ト基、フェニル基、アルキルフェニル基、またはハロゲ
ンフェニル基であり、加水分解性基Ｙが、クロル基、ア
ルコキシ基、アセトキシ基、イソプロペノキシ基、また
はアミノ基である。For example, in the coupling agent, the organic functional group X represented by the above structural formula [I] is an alkyl group, a fluoroalkyl group, a vinyl group, an epoxy group, an amino group, a mercapto group, a phenyl group, an alkylphenyl group. Or a halogen phenyl group, and the hydrolyzable group Y is a chloro group, an alkoxy group, an acetoxy group, an isopropenoxy group, or an amino group.
【００２８】特に、有機官能基Ｘのアルキル基またはフ
ルオロアルキル基は、下記の構造式〔II〕または〔II
I〕で表され、加水分解基Ｙのアルコキシ基は、メトキ
シ基またはエトキシ基で表されるシラン系カップリング
剤またはその化合物であることが望ましい。In particular, the alkyl group or the fluoroalkyl group of the organic functional group X has the following structural formula [II] or [II
The alkoxy group of the hydrolyzing group Y represented by I] is preferably a silane coupling agent represented by a methoxy group or an ethoxy group or a compound thereof.
【００２９】ＣＨ3−（ＣＨ2）n2− 〔II〕 但し、ｎ２は、１ないし１５の整数である。CH 3- (CH 2 ) n2- [II] wherein n2 is an integer of 1 to 15.
【００３０】 ＣＦ3−（ＣＦ2）n3−ＣＨ2ＣＨ2− 〔III〕 但し、ｎ３は、１ないし１５の整数である。本出願の発
明者らによると、n−オクチルトリエトキシシラン、ト
リデカフルオロテトラヒドロオクチルトリエトキシシラ
ン等をカップリング剤として用いた実験では良好な結果
が得られた。CF 3- (CF 2 ) n3 -CH 2 CH 2- [III] wherein n3 is an integer of 1 to 15. According to the inventors of the present application, good results were obtained in experiments using n-octyltriethoxysilane, tridecafluorotetrahydrooctyltriethoxysilane or the like as a coupling agent.
【００３１】さらに、表面エネルギーを調整するには、
複数の種類のカッリング剤を混合して離型剤とすること
でできる。これにより、いっそう最適な剥離条件を満た
した離型剤を得ることができる。Further, to adjust the surface energy,
A plurality of types of coupling agents can be mixed to form a release agent. This makes it possible to obtain a release agent that satisfies more optimal release conditions.
【００３２】本発明の製造方法によって、簡単に、そし
て精度良く、忠実に型転写された微細構造体を得ること
ができるので、光スイッチング素子に限らず、上述した
ような他の目的物のマイクロマシンを製造することがで
きる。また、本発明は基板に直に樹脂を成形するものに
限らず、樹脂成形されたものを駆動させるマイクロアク
チュエータがアレイ状に配置されたアクチュエータアレ
イ層を備えているものにも適用できる。その場合は、ア
クチュエータアレイ層に重ねて、樹脂を塗布することが
できる。型転写によりアクチュエータにより駆動される
スイッチング部となるマイクロ光学素子を形成し、さら
にこれらをアレイ状に配置してマクロ光学素子アレイ層
とすることにより上述したエバネセント光などをスイッ
チングする映像表示デバイスを提供できる。According to the manufacturing method of the present invention, it is possible to easily and accurately obtain a fine structure whose pattern has been faithfully transferred. Can be manufactured. Further, the present invention is not limited to the one in which the resin is directly molded on the substrate, but is also applicable to the one having an actuator array layer in which microactuators for driving the resin molded are arranged in an array. In that case, a resin can be applied so as to overlap the actuator array layer. Provide a video display device that switches the evanescent light and the like by forming micro optical elements to be switching parts driven by an actuator by mold transfer, and arranging these in an array to form a macro optical element array layer. it can.
【００３３】すなわち、本発明において、マイクロアク
チュエータがアレイ状に配置されたアクチュエータアレ
イ層を基板上に製造する工程と、このアクチュエータア
レイ層の上に、樹脂を塗布して転写型によってマイクロ
光学素子がアレイ状に配置された光学素子アレイ層を製
造する工程とを有し、この光学素子アレイ層を製造する
工程は、転写型の表面を、少なくとも１つのカップリン
グ剤からなる離型剤で処理する工程を備える製造方法に
より、映像表示デバイスを提供できる。マイクロアクチ
ュエータとしては、静電アクチュエータを、また、マイ
クロ光学素子としては、エバネセント光を抽出可能なマ
イクロプリズムを備えた光学素子を用いることができる
ことは上述した通りである。That is, in the present invention, a step of manufacturing an actuator array layer in which microactuators are arranged in an array on a substrate, and applying a resin onto the actuator array layer to form a micro optical element by a transfer mold. Producing an optical element array layer arranged in an array, wherein the step of producing the optical element array layer comprises treating the surface of the transfer mold with a release agent comprising at least one coupling agent. An image display device can be provided by the manufacturing method including the steps. As described above, an electrostatic actuator can be used as the microactuator, and an optical element having a microprism capable of extracting evanescent light can be used as the microoptical element.
【００３４】[0034]
【発明の実施の形態】以下に本発明の製造方法により、
図１に示したエバネセント光を利用した光スイッチング
デバイス５０の製造工程を図面を参照しながら説明す
る。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the production method of the present invention
The manufacturing process of the optical switching device 50 using the evanescent light shown in FIG. 1 will be described with reference to the drawings.
【００３５】まず、図２ないし図５に示すように基板２
０の上にアクチュエータ６となる層を製造する。図２に
示すように、ＣＭＯＳが構成されている基板２０の上面
２０ａに電極層（Ａｌ膜）３１をディポジットする。次
に、その電極層３１をパターニング４１して、下電極８
と、ばねおよび上電極を兼ねた構造のアンカー部分９を
形成する。First, as shown in FIGS.
Then, a layer to be the actuator 6 is manufactured on the “0”. As shown in FIG. 2, an electrode layer (Al film) 31 is deposited on the upper surface 20a of the substrate 20 on which the CMOS is formed. Next, the electrode layer 31 is patterned 41 to form the lower electrode 8.
Then, an anchor portion 9 having a structure also serving as a spring and an upper electrode is formed.
【００３６】図３に示すように、電極層３１の上に犠牲
層３２をディポジットする。この犠牲層３２はアモルフ
ァスシリコンで数十℃から百数十℃でディポジットで
き、下に存在する半導体基板２０に形成されたＣＭＯＳ
回路にダメージを与えることがない。その犠牲層３２に
ストッパーの役目をするディンプル４２を掘り、また、
ポストとなる部分をパターニング４３する。As shown in FIG. 3, a sacrificial layer 32 is deposited on the electrode layer 31. The sacrificial layer 32 is made of amorphous silicon and can be deposited at a temperature of several tens of degrees Celsius to one hundred and several tens degrees Celsius, and a CMOS formed on the underlying semiconductor substrate 20 is formed.
No damage to the circuit. Dimples 42 serving as stoppers are dug in the sacrificial layer 32,
The portion to be a post is patterned 43.
【００３７】図４に示してあるように、犠牲層３２の上
に、ばねと上電極を兼ねた構造７を形成する第２の構造
層となる第２の電極層（Ａｌ膜）３３をディポジットす
る。さらに、電極層３３をパターニングして上電極７お
よびポスト１１を形成する。この段階で、アクチュエー
タ部６としての構造が半導体基板２０の上に形成され
る。犠牲層と電極層を構成する材料の組み合わせは上記
に限定されるものではない。たとえば、アモルファスシ
リコンの代わりにポリイミドによって犠牲層を形成して
も良い。また、犠牲層として酸化シリコン、電極層とし
てポリシリコンを用いることも可能である。As shown in FIG. 4, on the sacrificial layer 32, a second electrode layer (Al film) 33 serving as a second structural layer for forming the structure 7 serving as both a spring and an upper electrode is deposited. I do. Further, the electrode layer 33 is patterned to form the upper electrode 7 and the post 11. At this stage, a structure as the actuator section 6 is formed on the semiconductor substrate 20. The combination of the materials constituting the sacrificial layer and the electrode layer is not limited to the above. For example, the sacrificial layer may be formed of polyimide instead of amorphous silicon. It is also possible to use silicon oxide for the sacrificial layer and polysilicon for the electrode layer.
【００３８】さらに、図５に示してあるように、第２の
電極層３３の上に第１の犠牲層３２と同じ物質で第２の
犠牲層３４としてディポジットし、パターニングし、ア
クチュエータ部６の上にマイクロ光学素子３との接続部
分４４を形成する。この段階までで、アクチュエータ６
としての機能を果たす微細構造層（アクチュエータアレ
イ層）２５が形成される。Further, as shown in FIG. 5, a second sacrifice layer 34 is deposited on the second electrode layer 33 with the same material as the first sacrifice layer 32, and is patterned. A connection portion 44 with the micro optical element 3 is formed thereon. Up to this stage, the actuator 6
A microstructure layer (actuator array layer) 25 that functions as a layer is formed.
【００３９】次に、このアクチュエータアレイ層２５の
上に型転写により可動片となる光学素子３を成形する。
図６ないし図８に、光学素子３として機能する光学素子
アレイ層を型転写により製造する工程の概略を示してあ
る。Next, the optical element 3 to be a movable piece is formed on the actuator array layer 25 by mold transfer.
FIG. 6 to FIG. 8 schematically show the steps of manufacturing an optical element array layer functioning as the optical element 3 by die transfer.
【００４０】先ず、図６に示すように、アクチュエータ
アレイ層２５の上に樹脂（第１の樹脂）３５を塗布し、
光学素子３のマイクロプリズム４を支持するＶ字型の溝
を備えたサポート構造５を製造する。このため、樹脂３
５の上にエッチングなどにより予め逆Ｖ字型の成形面
（突起）６２を備えた転写型６０を合わせ、圧力をかけ
る。この後、紫外線などを照射して光重合させ、所望の
形状の樹脂層３５を成形する。この過程は、２P（Photo
−polymerization）法として知られている方法を用いて
いる。本例では、樹脂層３５としては、フッ化系の樹脂
あるいは光重合系の樹脂を用い、紫外線などの光に対し
透明で転写型６０を用いることにより、Ｖ字型のサポー
ト構造５の形状が光硬化処理により製造される。First, as shown in FIG. 6, a resin (first resin) 35 is applied on the actuator array layer 25,
A support structure 5 having a V-shaped groove for supporting the microprism 4 of the optical element 3 is manufactured. Therefore, the resin 3
A transfer mold 60 having a reverse V-shaped molding surface (projection) 62 is previously aligned on the surface 5 by etching or the like, and pressure is applied. Then, the resin layer 35 having a desired shape is formed by irradiating ultraviolet rays or the like to perform photopolymerization. This process is 2P (Photo
-Polymerization) method is used. In this example, the resin layer 35 is made of a fluorinated resin or a photopolymerized resin, and is transparent to light such as ultraviolet rays and the transfer mold 60 is used. Manufactured by light curing.
【００４１】本例の製造方法では、この工程で型転写す
る際に、第１の転写型６０の表面６２を、カップリング
剤からなる離型剤７０で塗布する工程を設け、予め離型
剤７０により転写型６０の表面処理するようにしてい
る。In the manufacturing method of this example, a step of applying the surface 62 of the first transfer mold 60 with a release agent 70 made of a coupling agent is provided when the mold is transferred in this step. The surface treatment of the transfer mold 60 is performed by 70.
【００４２】本出願人が、離型剤７０として用いている
カップリング剤は、ガラスの表面処理剤などとして使用
されており、原理的には分子のみが基板表面上に結合す
るため、非常に薄い膜を均一に作ることができる。さら
に、表面に表われている分子は、同じ方向（分子長軸方
向（長鎖方向）が基板表面に対して垂直）を向いてい
る。このため、同じ構造のカップリング剤を用いれば、
基板の種類、膜の作製方法に関係なく、同じ表面エネル
ギーの表面を作ることができる。したがって、このカッ
プリング剤を離型剤７０として用いることにより、成形
された物品の表面にダメージを与えずに型を剥がすのに
適した接触角が６０度から９０度の範囲となるように、
表面エネルギーを制御できる。The coupling agent used by the present applicant as the mold release agent 70 is used as a surface treatment agent for glass and the like. In principle, only molecules bind to the surface of the substrate. A thin film can be made uniformly. Furthermore, the molecules appearing on the surface are oriented in the same direction (the direction of the long axis of the molecule (long chain direction) is perpendicular to the substrate surface). Therefore, if a coupling agent having the same structure is used,
Regardless of the type of the substrate and the method of forming the film, a surface having the same surface energy can be formed. Therefore, by using this coupling agent as the release agent 70, the contact angle suitable for removing the mold without damaging the surface of the molded article is in the range of 60 degrees to 90 degrees,
Surface energy can be controlled.
【００４３】本例では、下記の構造式〔I〕で示すシラ
ン系のカップリング剤を用いている。In this example, a silane coupling agent represented by the following structural formula [I] is used.
【００４４】 Ｘ−Ｒ−ＳｉＹ3-n1（ＣＨ3）n1 〔I〕 但し、この構造式〔I〕において、Ｘは有機官能基、Ｙ
は加水分解性基、Ｒはアルキレン基であり、ｎ１は０、
１または２の整数である。X—R—SiY 3-n1 (CH 3 ) n1 [I] In the structural formula [I], X represents an organic functional group, and Y represents
Is a hydrolyzable group, R is an alkylene group, n1 is 0,
It is an integer of 1 or 2.
【００４５】本例では、さらに、２種類のシラン系カッ
プリング剤を混合し離型剤として型枠の表面を処理する
ようにしている。一方のカップリング剤は、上記〔I〕
に示す有機官能基Ｘがアルキル基であるｎ−オクチルト
リエトキシシランであり、他方のカップリング剤は、有
機官能基Ｘがフルオロアルキル基であるトリデカフルオ
ロテトラヒドロオクチルトリエトキシシランである。こ
のように性質の異なる複数のカップリング剤を混合した
ものを離型剤として塗布することにより、成形型の表面
をより最適な表面エネルギーとなるように調整できる。In this embodiment, two types of silane coupling agents are mixed and the surface of the mold is treated as a release agent. One coupling agent is the above (I)
Is an n-octyltriethoxysilane in which the organic functional group X is an alkyl group, and the other coupling agent is tridecafluorotetrahydrooctyltriethoxysilane in which the organic functional group X is a fluoroalkyl group. By applying a mixture of a plurality of coupling agents having different properties as a release agent as described above, the surface of the mold can be adjusted to have more optimal surface energy.
【００４６】次に、本例の混合されたカップリング剤か
らなる離型剤７０を施した転写型６０によりＶ字型のサ
ポート構造５の形状を成形し、転写型６０を外す。転写
型６０に、上述したようなシラン系カップリング剤から
なる離型剤７０が処理されているため、転写型６０を容
易に外すことができる。さらに、後述するように、型転
写により成形されたサポート構造５の表面精度も高い。Next, the V-shaped support structure 5 is formed by the transfer mold 60 to which the release agent 70 made of the mixed coupling agent of the present embodiment is applied, and the transfer mold 60 is removed. Since the transfer mold 60 is treated with the release agent 70 made of the silane-based coupling agent as described above, the transfer mold 60 can be easily removed. Further, as described later, the surface accuracy of the support structure 5 formed by die transfer is high.
【００４７】そして、型成形されたサポート構造５の上
にマイクロプリズム４の底面となる部分にアルミニウム
を蒸着するなどの方法により反射膜４６を形成する。Then, a reflection film 46 is formed on the molded support structure 5 by a method such as vapor deposition of aluminum on a portion to be the bottom surface of the microprism 4.
【００４８】次に、図７に示すように、反射膜４６の上
に第２の樹脂３６を塗布し、第２の転写型６８を用いて
マイクロプリズム４を成形する。マイクロプリズム４
は、表面がエバネセント光を抽出する面３ａとなるので
精度良く成形する必要がある。このため、プリズムの表
面３ａを成形するための平坦な面（成形面）６９を備え
た第２の転写型６８を用いて圧力をかけ、型成形する。
マイクロプリズム４も、上記と同様に成形用の第２の樹
脂３６として光硬化性（光重合性）の樹脂を用い、紫外
線などの光に対し透明な転写型６８を用いることにより
マイクロプリズムに適した形状を光硬化処理（２Ｐ法）
により製造することができる。Next, as shown in FIG. 7, the second resin 36 is applied on the reflection film 46, and the micro prism 4 is formed by using the second transfer mold 68. Micro prism 4
Since the surface becomes the surface 3a from which evanescent light is extracted, it is necessary to mold with high precision. For this reason, pressure is applied using a second transfer mold 68 having a flat surface (molding surface) 69 for molding the surface 3a of the prism, and the mold is molded.
The microprism 4 is also suitable for the microprism by using a photocurable (photopolymerizable) resin as the second resin 36 for molding and using a transfer mold 68 that is transparent to light such as ultraviolet light, as described above. Cured shape (2P method)
Can be manufactured.
【００４９】この工程においても、第２の転写型６８
は、予め、シラン系カップリング剤からなる離型剤７０
により表面６９が処理される。これにより、上述したよ
うに、型を容易に外すことができると共に転写される面
の精度を上げることができる。したがって、マイクロプ
リズム３の表面をサブミクロンオーダで平坦に仕上げる
ことができ、エバネセント光を抽出するのに好適な面を
成形できる。Also in this step, the second transfer mold 68
Is a mold release agent 70 composed of a silane coupling agent in advance.
Treats the surface 69. Thereby, as described above, the mold can be easily removed, and the accuracy of the transferred surface can be increased. Therefore, the surface of the microprism 3 can be finished flat on the order of submicrons, and a surface suitable for extracting evanescent light can be formed.
【００５０】図７までに示したプロセスによって、光学
素子３としての機能を果たす構造層（光学素子アレイ
層）２６は製造できる。The structure layer (optical element array layer) 26 functioning as the optical element 3 can be manufactured by the processes shown in FIGS.
【００５１】次に、映像デバイスあるいは映像表示装置
として用いる光スイッチング素子アレイとなるように個
々の画素を構成する個々のマイクロ光学素子３を分離す
る。まず、個々のマイクロプリズム４が分離するように
樹脂層３５および３６を垂直方向にアクチュエータアレ
イ層を構成する犠牲層３４が表われるまでプラズマエッ
チグなどにより隙間４７を掘り、この隙間４７を通し
て、フッ化キセノン（ＸｅＦ2）ガスなどを用いたドラ
イエッチングなどの方法によって、アモルファスシリコ
ンからなる犠牲層３２および３４を除去する。これによ
り、電極間などの狭い隙間なども吸着という問題を起こ
すことなく完全に犠牲層を除去することができ、電極間
に駆動用の空間１２を確実に形成できる。したがって、
信頼性のあるアクチュエータ６を備えた光スイッチング
素子１０を製造できる。Next, individual micro optical elements 3 constituting individual pixels are separated so as to form an optical switching element array used as an image device or an image display device. First, the resin layers 35 and 36 are vertically separated such that the individual microprisms 4 are separated from each other by a plasma etching or the like until a sacrifice layer 34 constituting an actuator array layer is exposed. The sacrificial layers 32 and 34 made of amorphous silicon are removed by a method such as dry etching using a xenon fluoride (XeF 2 ) gas or the like. This makes it possible to completely remove the sacrificial layer without causing the problem of adsorption even in a narrow gap between the electrodes or the like, and to reliably form the driving space 12 between the electrodes. Therefore,
The optical switching element 10 having the reliable actuator 6 can be manufactured.
【００５２】本例の製造方法により製造されたデバイス
は、半導体基板２０の上に微細構造層であるアクチュエ
ータ６および光学素子３が垂直に積み重ねあわされた映
像表示デバイス５０であり、この映像表示デバイス５０
と導光板１とを組み合わせることにより図１に基づき説
明したエバネセント光を利用した光スイッチング素子１
０の技術に基づく映像表示ユニット５５を提供すること
ができる。The device manufactured by the manufacturing method of the present embodiment is a video display device 50 in which the actuator 6 and the optical element 3 which are fine structure layers are vertically stacked on the semiconductor substrate 20. 50
The optical switching element 1 using the evanescent light described with reference to FIG.
0 can be provided.
【００５３】さらに、本例では、転写型の表面をカップ
リング剤からなる離型剤７０により処理する工程を設け
ることで、成形された微細構造から容易に型を剥離で
き、さらに型の表面形状が忠実に樹脂に転写できる。こ
のため、光学素子３がエバネセント光を効率よく抽出で
き、また、出射する光などがこの境界面を通過するとき
の減衰も少ない。したがって、本発明により光の利用効
率がさらに高く、また、コントラストもいっそう高い光
スイッチング素子および映像表示デバイスを提供でき
る。Further, in this embodiment, by providing a step of treating the surface of the transfer mold with the release agent 70 made of a coupling agent, the mold can be easily peeled off from the formed fine structure, and the surface shape of the mold can be further improved. Can be faithfully transferred to the resin. For this reason, the optical element 3 can efficiently extract the evanescent light, and there is little attenuation when emitted light or the like passes through this boundary surface. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide an optical switching element and an image display device having higher light use efficiency and higher contrast.
【００５４】図９および図１０に基づき、本例で採用し
ているカップリング剤からなる離型剤の効果について説
明する。図９に、カップリング剤をガラス基板に対し離
型剤として用いて処理した場合（ケース２ないし５）
を、リファレンスとなるガラス基板をそのまま利用した
場合（ケース１）、離型剤として通常用いられる市販の
フッ素コート剤でガラス基板を処理した場合（ケース
６）とを、離型性、およびそれによって成形された製品
の表面状態などを比較して示している。さらに、図１０
に、ケース１、２および６の表面形状を測定した結果を
示してある。With reference to FIGS. 9 and 10, the effect of the release agent composed of the coupling agent used in this example will be described. FIG. 9 shows a case where the glass substrate is treated with a coupling agent as a release agent (Cases 2 to 5).
The case where the glass substrate serving as a reference is used as it is (Case 1) and the case where the glass substrate is treated with a commercially available fluorine coating agent usually used as a mold release agent (Case 6), The surface condition of the molded product is shown in comparison. Further, FIG.
2 shows the results of measuring the surface shapes of Cases 1, 2 and 6.
【００５５】ケース２ないし５においては、シラン系カ
ップリング剤を離型剤として以下のように施した。ケー
ス２を例に説明すると、先ず、微細構造体の基板となる
シリコンウエハ表面の密着性を上げるために、シリコン
カップリング剤で表面処理した。例えば、基板表面に信
越化学工業製のアクリレートおよびメタリレート系のＫ
ＢＭ５１０３をスピンナーで塗布し、その後、１００℃
で１０分間ベークする。In cases 2 to 5, a silane coupling agent was used as a release agent as follows. Taking the case 2 as an example, first, a surface treatment was performed with a silicon coupling agent in order to increase the adhesion of the surface of the silicon wafer serving as the substrate of the fine structure. For example, acrylate and metalate-based K manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.
BM5103 is applied by a spinner, and then 100 ° C.
Bake for 10 minutes.
【００５６】一方、離型剤として用いるカップリング剤
としては、上記〔I〕に示す有機官能基Ｘがアルキル
基、加水分解性基Ｙがアルコキシ基（エトキシ基）であ
るｎ−オクチルトリエトキシシラン（ＣＨ3（ＣＨ2）7
Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）3）を採用している。このようなカッ
プリング剤はアズマックス社製またはＧｅｌｅｓｔ社製
のものが市販されている。このｎ−オクチルトリエトキ
シシラン１ｍｌを、エタノール９５ｍｌ、水５ｍｌ、酢
酸３ｍｌの混合液中へ攪拌しながら滴下し、加水分解さ
せ、離型剤溶液となるシリコンカップリング溶液を作製
する。この溶液をその後５分間放置し、この溶液に、ガ
ラス基板にエッチングにより形状を作り込んだ転写型
（型基板）を２分間浸す。その後、エタノール中に１０
秒通し、さらに１０分間、１１０℃でベークする。On the other hand, examples of the coupling agent used as a releasing agent include n-octyltriethoxysilane in which the organic functional group X shown in the above [I] is an alkyl group and the hydrolyzable group Y is an alkoxy group (ethoxy group). (CH 3 (CH 2 ) 7
Si (OC 2 H 5 ) 3 ) is employed. Such coupling agents are commercially available from Asmax or Gelest. 1 ml of this n-octyltriethoxysilane is added dropwise with stirring to a mixture of 95 ml of ethanol, 5 ml of water and 3 ml of acetic acid, and is hydrolyzed to prepare a silicon coupling solution as a release agent solution. This solution is then left for 5 minutes, and a transfer mold (mold substrate) having a glass substrate formed by etching is immersed in this solution for 2 minutes. Then, in ethanol
Bake at 110 ° C. for another 10 minutes.
【００５７】次に、これら基板と転写型の間に、紫外線
硬化型の樹脂剤（本例では、モノマー、アクリレートま
たはメタクリレートモノマー、たとえば、新日鉄化学の
Ｖ−２４００ＰＥＴ）を挟み両側から圧力（０．０１Ｋ
ｇ／ｍｍ2）を加え、さらに、３５０ｎｍの紫外線を１
０００ｍＪ／ｃｍ2照射して樹脂層を形成する。その
後、転写型を剥離することにより、シリコン基板上形状
が転写された樹脂層（サンプル）を得る。Next, an ultraviolet-curable resin agent (a monomer, acrylate or methacrylate monomer, for example, V-2400PET of Nippon Steel Chemical Co., Ltd.) is sandwiched between the substrate and the transfer mold, and pressure (0. 01K
g / mm 2 ), and further, 350 nm
Irradiation of 000 mJ / cm 2 forms a resin layer. Thereafter, by removing the transfer mold, a resin layer (sample) to which the shape on the silicon substrate has been transferred is obtained.
【００５８】ケース５は、離型剤として用いるカップリ
ング剤を上記と同じ、シラン系カップリング剤である
が、有機官能基Ｘがフルオロアルキル基、加水分解性基
Ｙがアルコキシ基（エトキシ基）であるトリデカフルオ
ロテトラヒドロオクチルトリエトキシシラン（ＣＦ
3（ＣＦ2）5ＣＨ2ＣＨ2Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）3）に代え、上
記と同じステップによりサンプルとなる樹脂層を得てい
る。Case 5 is the same silane coupling agent as the above-mentioned coupling agent used as the release agent, but the organic functional group X is a fluoroalkyl group, and the hydrolyzable group Y is an alkoxy group (ethoxy group). Tridecafluorotetrahydrooctyltriethoxysilane (CF
Instead of 3 (CF 2 ) 5 CH 2 CH 2 Si (OC 2 H 5 ) 3 ), a resin layer to be a sample is obtained by the same steps as above.
【００５９】さらに、ケース３およびケース４では、離
型剤として用いる溶液を上記の２種類の性質の異なるシ
ランカップリング剤を混合したものに代え、上記と同じ
ステップによりそれぞれのケースのサンプルとなる樹脂
層を得ている。ケース３では、ｎ−オクチルトリエトキ
シシランと、トリデカフルオロテトラヒドロオクチルト
リエトキシシランを、それぞれ５０％となるように混合
し、ケース４では、ｎ−オクチルトリエトキシシラン
と、トリデカフルオロテトラヒドロオクチルトリエトキ
シシランを、それぞれ２５％：７５％（重量％）となる
ように混合している。Further, in cases 3 and 4, the solution used as the release agent was replaced with a mixture of the above two types of silane coupling agents having different properties, and the samples of each case were obtained by the same steps as described above. A resin layer is obtained. In Case 3, n-octyltriethoxysilane and tridecafluorotetrahydrooctyltriethoxysilane were mixed so as to be 50% each. In Case 4, n-octyltriethoxysilane and tridecafluorotetrahydrooctyltriethoxysilane were mixed. Ethoxysilane was mixed so as to be 25%: 75% (% by weight).
【００６０】これらに対し、さらに、上記と同じステッ
プであるが、転写型に離型剤となるカップリング剤を塗
布せずに樹脂層を形成し、転写型を薄い金属製の板を用
いて剥離したサンプルをケース１では得ている。また、
転写型の表面に、ガラス表面のコート剤として市販され
ているフッ素コート剤を直に離型剤として塗布した以外
は上記と同様のステップにより樹脂層を形成し、ケース
６のサンプルとして得ている。On the other hand, in the same step as above, a resin layer is formed without applying a coupling agent as a release agent to the transfer mold, and the transfer mold is formed using a thin metal plate. The peeled sample is obtained in Case 1. Also,
A resin layer was formed by the same steps as above except that a commercially available fluorine coating agent as a coating agent for the glass surface was directly applied as a release agent on the surface of the transfer mold to obtain a sample of Case 6. .
【００６１】このようにして、作成されたケース１、２
および６のサンプルを、表面形状を段差計（表面粗さ
計、本実験では、ミツトヨ社製のサーフテストＳＶ−６
００）により測定した結果を図１０に示してある。ケー
ス１（離型剤を塗布していないガラス表面）のサンプル
の表面は、図１０に示した測定値９０からわかるように
サブミクロンのオーダではほとんど粗さが見られず、ほ
ぼ平坦である。ケース２（離型剤としてカップリング剤
で処理した場合）のサンプルの表面も、図１０に示した
測定値９２からわかるようにサブミクロンのオーダでは
ほとんど粗さが見られない。したがって、カップリング
剤で処理しなかった転写型で成形したものとほぼ同じ精
度および平坦度（表面粗さ）の製品をカップリング剤で
処理しても製造することができる。一方、転写型をカッ
プリング剤で処理すること転写型をスムーズに外すこと
が可能となり、離型性は飛躍的に向上する。したがっ
て、金属板などの治具を用いなくても簡単に転写型を取
り外すことができる。Cases 1 and 2 created in this way
And 6 were prepared by measuring the surface shape using a surface roughness tester (surface roughness tester, surf test SV-6 manufactured by Mitutoyo Corporation in this experiment).
00) is shown in FIG. The surface of the sample of Case 1 (the glass surface not coated with a release agent) has almost no roughness on the order of submicrons and is almost flat, as can be seen from the measured values 90 shown in FIG. The surface of the sample of Case 2 (when treated with a coupling agent as a release agent) shows almost no roughness on the order of submicrons, as can be seen from the measured values 92 shown in FIG. Therefore, a product having almost the same accuracy and flatness (surface roughness) as a product molded by a transfer die not treated with the coupling agent can be produced even if treated with the coupling agent. On the other hand, when the transfer mold is treated with the coupling agent, the transfer mold can be smoothly removed, and the releasability is dramatically improved. Therefore, the transfer mold can be easily removed without using a jig such as a metal plate.
【００６２】これらに対し、ケース６（フッ素コート剤
を塗布した場合）のサンプルの表面は、図１０の測定値
９１に示すように、コンマ数ｍｍ程度、すなわち、サブ
ミクロン程度の凹凸が継続的に見られる。この程度の凹
凸は、転写型により成形される構造がミクロンオーダで
あることを考慮すると非常に大きな凹凸であると言わざ
るを得ない。さらに、上記の２つのケースではこのよう
な凹凸が見られないことを考慮すると、ケース６のサン
プルは、本例で製造することを目的としているマイクロ
光学系の表面の精度としては不十分であるといえる。On the other hand, the surface of the sample of Case 6 (when the fluorine coating agent is applied) has irregularities of about several mm, ie, submicron, as shown by the measured value 91 in FIG. Seen in Considering that the structure formed by the transfer mold is on the order of microns, it is inevitable that such irregularities are extremely large. Further, considering that such irregularities are not observed in the above two cases, the sample of the case 6 is insufficient in the accuracy of the surface of the micro optical system intended to be manufactured in this example. It can be said that.
【００６３】これらの実験結果から分かるように、ケー
ス２ないし５で採用したシラン系カップリング剤を転写
型の表面に施すことにより、表面状態がケース１のよう
に離型剤を塗布しない場合と同様に非常に良好の樹脂サ
ンプルを得ることができ、さらに、転写型を剥離する離
型性も改善できる。これに対し、ケース６のフッ素系の
コート剤を塗布した場合は、離型性は改善されるが、サ
ンプルの表面状態は悪く、光学素子として満足できる性
能が得にくい状況になっていることが分かる。したがっ
て、ケース２ないし５のシラン系カップリング剤を離型
剤として処理することにより、転写型を用いて表面状態
の良好な微細構造を容易に成形できることが分かる。本
願の発明者らは、これらと共に、各ケースにおいて、転
写型の表面の水との接触角を測定しており、それらのデ
ータも図９に合わせて示してある。As can be seen from these experimental results, by applying the silane-based coupling agent employed in Cases 2 to 5 to the surface of the transfer mold, the case where the mold release agent is not applied as in Case 1 is obtained. Similarly, a very good resin sample can be obtained, and the releasability of peeling the transfer mold can be improved. On the other hand, when the fluorine-based coating agent of Case 6 was applied, the releasability was improved, but the surface condition of the sample was poor, and it was difficult to obtain satisfactory performance as an optical element. I understand. Therefore, it can be seen that by treating the silane-based coupling agent of Cases 2 to 5 as a release agent, a fine structure having a good surface state can be easily formed using a transfer mold. Together with these, the inventors of the present application measured the contact angle of the transfer mold surface with water in each case, and these data are also shown in FIG.
【００６４】固体の表面の接触角は、表面のエネルギー
状態を反映していると考えられており、図９から分かる
ように、ケース６では、接触角が９６度と非常に大き
い。この結果、転写型の表面エネルギーが高すぎるため
に樹脂の濡れ性が劣化し、剥がしやすくなる反面、表面
にそって樹脂が流れにくくなり微細な凹凸が多く発生す
るものと考えられる。一方、ケース１では接触角が５５
度と小さく、濡れ性がよいために転写型の表面にそって
樹脂が流れて平坦な面を成形しやすい。その反面、樹脂
と転写型との密着度が高くなり、吸着力が大きくなるの
で剥がれにくくなると考えられる。これらに対し、ケー
ス２ないし５では、接触角が６０度から９０度の範囲に
なっており、表面エネルギーがこの程度の範囲内であれ
ば、樹脂に対する濡れ性も十分にあると共に、密着度は
それほど高くなくなり、その結果、表面状態を劣化させ
ずに剥離性能を向上することができると考えられる。The contact angle of the solid surface is considered to reflect the energy state of the surface. As can be seen from FIG. 9, in the case 6, the contact angle is as large as 96 degrees. As a result, it is considered that the wettability of the resin is deteriorated because the surface energy of the transfer mold is too high and the resin is easily peeled off, but the resin does not easily flow along the surface and many fine irregularities are generated. On the other hand, in case 1, the contact angle is 55
Due to its small size and good wettability, the resin flows along the surface of the transfer mold, and it is easy to form a flat surface. On the other hand, it is considered that the degree of adhesion between the resin and the transfer mold is increased and the attraction force is increased, so that the resin is hardly peeled off. On the other hand, in cases 2 to 5, the contact angle is in the range of 60 degrees to 90 degrees, and if the surface energy is within this range, the wettability to the resin is sufficient and the degree of adhesion is high. It is thought that it is not so high, and as a result, the peeling performance can be improved without deteriorating the surface state.
【００６５】ミクロンオーダあるいはサブミクロンオー
ダの製品を成形しようとすると、微細な表面状態が製品
の性能を大きく左右することになるが、本発明におい
て、転写型の表面エネルギーの状態がサブミクロンオー
ダでは極めて重要であることが分かった。そして、本発
明により、転写型を適度な表面状態とする方法として、
カップリング剤で処理する方法があることが見出され
た。When a product of micron order or submicron order is to be molded, the fine surface condition greatly affects the performance of the product. However, in the present invention, the surface energy state of the transfer mold is submicron order. It turned out to be extremely important. And, according to the present invention, as a method for making the transfer mold an appropriate surface state,
It has been found that there is a method of treating with a coupling agent.
【００６６】このように、本発明においては、従来の基
板と素材との密着性を高めるために基板の表面処理剤と
して用いていたカップリング剤を、微細構造物を成形す
るための転写型の離型剤として用いることが可能である
ことを開示しており、これにより、転写型の表面エネル
ギーを型転写に適した範囲に変化させることができる。
そして、表面状態の優れたミクロンあるいはサブミクロ
ンの構築物を製造でき、その後、転写型をスムーズに剥
離できる。したがって、本発明の製造方法により、ミク
ロンあるいはサブミクロンオーダの微細構造物を容易に
歩留まりよく製造することができる。As described above, in the present invention, the coupling agent, which has been used as a surface treatment agent for the substrate in order to enhance the adhesion between the substrate and the material in the related art, is replaced by a transfer mold for forming a microstructure. It discloses that it can be used as a release agent, whereby the surface energy of a transfer mold can be changed to a range suitable for mold transfer.
Then, a micron or submicron structure having an excellent surface condition can be manufactured, and thereafter, the transfer mold can be peeled off smoothly. Therefore, according to the manufacturing method of the present invention, a microstructure on the order of microns or submicrons can be easily manufactured with high yield.
【００６７】特に、本発明の製造方法では、これらの微
細構造物の表面精度を大幅に向上できるので、光学素子
などの表面状態が性能に大きく影響を及ぼすスイッチン
グ素子あるいはスイッチング部を成形するのに好適なも
のである。さらに、カップリング剤は、転写型の表面エ
ネルギーを適当な範囲に設定できるのみならず、分子オ
ーダの薄膜を形成できるので、非常に精度の高い型転写
が可能であり、また、表面状態が安定するので、その面
でも歩留まりを向上するのに有効である。In particular, according to the manufacturing method of the present invention, since the surface accuracy of these fine structures can be greatly improved, it is possible to form a switching element or a switching portion whose surface condition such as an optical element greatly affects the performance. It is suitable. Furthermore, the coupling agent not only can set the surface energy of the transfer mold to an appropriate range, but also can form a thin film of molecular order, so that extremely high-precision mold transfer is possible and the surface state is stable. Therefore, it is also effective in improving the yield in that respect.
【００６８】したがって、このようなカップリング剤に
よる離型剤を処理する工程を加えたマイクロレプリカ技
術により、成形面の転写精度が高い微細構造体を備えた
デバイスを量産できる。さらに、上述したように、成形
した樹脂から転写型を剥離する作業が容易となった微細
構造体の製造方法を提供できる。Therefore, a device having a microstructure with a high transfer accuracy of the molding surface can be mass-produced by the micro-replica technology including the step of treating the release agent with the coupling agent. Further, as described above, it is possible to provide a method for manufacturing a microstructure in which the operation of peeling the transfer mold from the molded resin is facilitated.
【００６９】なお、本例では、転写型にガラス基板、シ
リコン基板などの材質を用いており、上記のようなシラ
ン系（シリコン系）カップリング剤を選択し離型剤とし
て用いた例を示している。しかしながら、カップリング
剤は、シラン系に限らず、剥離の対象となる基板の材質
などによって他の種類のものを採用することも可能であ
る。たとえば、シラン系のようにシリコンを介するので
はなく、チタンを介するチタネート系のカップリング
剤、アルミを介して結合するアルミ系のカップリング剤
があり、型基板に適したものを採用することができる。
しかしながら、半導体基板上に成形する場合、転写型も
多くはガラス基板であることが多く、シラン系のカップ
リング剤が最も有効であると考えられる。あるいは、チ
タネート系およびアルミ系のカップリング剤を使用する
場合には、これらカップリング剤の疎水基にアルキル基
またはフルオロアルキル基を用いれば、シラン系カップ
リング剤と同様の効果を得ることも可能である。In this example, a material such as a glass substrate or a silicon substrate is used for the transfer mold, and an example is shown in which the above-mentioned silane (silicon) coupling agent is selected and used as a release agent. ing. However, the coupling agent is not limited to the silane type, and other types of coupling agents may be used depending on the material of the substrate to be peeled. For example, there are titanate-based coupling agents via titanium and aluminum-based coupling agents via aluminum instead of via silicon, as in silane-based ones. it can.
However, when molding on a semiconductor substrate, the transfer mold is often a glass substrate, and a silane coupling agent is considered to be the most effective. Alternatively, when using a titanate-based or aluminum-based coupling agent, the same effect as a silane-based coupling agent can be obtained by using an alkyl group or a fluoroalkyl group for the hydrophobic group of these coupling agents. It is.
【００７０】さらに、本例では、上記の構造式〔I〕で
示す有機官能基Ｘがアルキル基からなるｎ−オクチルト
リエトキシシランの溶液、有機官能基Ｘがフルオロアル
キル基からなるトリデカフルオロテトラヒドロオクチル
トリエトキシシランの溶液、さらにはこれらの混合液を
離型剤として用いた例を示している。しかし、これらに
限らず、上記の構造式〔I〕で示す有機官能基Ｘが、ビ
ニル基、エポキシ基、アミノ基、メルカプト基（ＳＨ基
を持つチオール基）、フェニル基、アルキルフェニル
基、またはハロゲンフェニル基であり、さらに、加水分
解性基Ｙが、クロル基、アルコキシ基、アセトキシ基、
イソプロペノキシ基、またはアミノ基であるシラン系カ
ップリング剤であっても良い。Further, in this example, a solution of n-octyltriethoxysilane in which the organic functional group X represented by the above structural formula [I] is an alkyl group, and tridecafluorotetrahydrohydrogen in which the organic functional group X is a fluoroalkyl group An example is shown in which a solution of octyltriethoxysilane and a mixture thereof are used as a release agent. However, not limited thereto, the organic functional group X represented by the structural formula [I] may be a vinyl group, an epoxy group, an amino group, a mercapto group (a thiol group having an SH group), a phenyl group, an alkylphenyl group, or A halogen phenyl group, and further, the hydrolyzable group Y is a chloro group, an alkoxy group, an acetoxy group,
A silane coupling agent that is an isopropenoxy group or an amino group may be used.
【００７１】特に、上記の実験例にも示したように、有
機官能基Ｘのアルキル基またはフルオロアルキル基は、
下記の構造式〔II〕または〔III〕で表され、加水分解
基Ｙのアルコキシ基は、メトキシ基（ＯＣＨ3）または
エトキシ基（ＯＣ2Ｈ5）で表されるシラン系カップリン
グ剤またはその化合物であることが望ましい。In particular, as shown in the above experimental examples, the alkyl group or the fluoroalkyl group of the organic functional group X is
The alkoxy group of the hydrolyzing group Y represented by the following structural formula [II] or [III] is a silane coupling agent represented by a methoxy group (OCH 3 ) or an ethoxy group (OC 2 H 5 ) or a silane coupling agent thereof. Desirably, it is a compound.
【００７２】ＣＨ3−（ＣＨ2）n2− 〔II〕 但し、ｎ２は、１ないし１５の整数である。CH 3- (CH 2 ) n2- [II] where n2 is an integer of 1 to 15.
【００７３】 ＣＦ3−（ＣＦ2）n3−ＣＨ2ＣＨ2− 〔III〕 但し、ｎ３は、１ないし１５の整数である。CF 3 — (CF 2 ) n3 —CH 2 CH 2 — [III] where n 3 is an integer of 1 to 15.
【００７４】ここで、上記の実験で良好な結果が得られ
たカップリング剤であるn−オクチルトリエトキシシラ
ン（（ＣＨ3（ＣＨ2）7Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）3）は、有機官
能基Ｘが構造式〔II〕において、ｎ２＝７で表されるア
ルキル基あり、加水分解基Ｙがエトキシ基である。さら
に、トリデカフルオロテトラヒドロオクチルトリエトキ
シシラン（ＣＦ3（ＣＦ2）5ＣＨ2ＣＨ2Ｓｉ（ＯＣ
2Ｈ5）3）は、有機官能基Ｘが構造式〔III〕においてｎ
３＝５で表さるフルオロアルキル基であり、加水分解基
Ｙがエトキシ基である。Here, n-octyltriethoxysilane ((CH 3 (CH 2 ) 7 Si (OC 2 H 5 ) 3 ), which is a coupling agent for which good results were obtained in the above experiment, was converted to an organic functional group. In the formula [II], the group X is an alkyl group represented by n2 = 7, and the hydrolyzable group Y is an ethoxy group, and further, tridecafluorotetrahydrooctyltriethoxysilane (CF 3 (CF 2 ) 5 CH). 2 CH 2 Si (OC
2 H 5 ) 3 ) means that the organic functional group X is n in the structural formula [III].
It is a fluoroalkyl group represented by 3 = 5, and the hydrolyzable group Y is an ethoxy group.
【００７５】この他にも、シラン系カップリング剤は、
有機官能基Ｘが構造式〔II〕で表されるアルキル基あ
り、加水分解基Ｙがエトキシ基であるものであっても良
い。例えば、ペンチルトリエトキシシラン（ＣＨ3（Ｃ
Ｈ2）4Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）3）、ｎ−ヘキシルトリエトキ
シシラン（ＣＨ3（ＣＨ2）5Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）3）、ｎ−
デシルトリエトキシシラン（ＣＨ3（ＣＨ2）9Ｓｉ（Ｏ
Ｃ2Ｈ5）3）、ドデシルトリエトキシシラン（ＣＨ3（Ｃ
Ｈ2）11Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）3）がある。In addition, silane coupling agents include
The organic functional group X may be an alkyl group represented by the structural formula [II], and the hydrolyzable group Y may be an ethoxy group. For example, pentyltriethoxysilane (CH 3 (C
H 2) 4 Si (OC 2 H 5) 3), n- hexyl triethoxysilane (CH 3 (CH 2) 5 Si (OC 2 H 5) 3), n-
Decyltriethoxysilane (CH 3 (CH 2 ) 9 Si (O
C 2 H 5 ) 3 ), dodecyltriethoxysilane (CH 3 (C
H 2 ) 11 Si (OC 2 H 5 ) 3 ).
【００７６】さらに、シラン系カップリング剤には、有
機官能基Ｘが構造式〔III〕で表されるフルオロアルキ
ル基あり、加水分解基Ｙがクロル基であるノナフルオロ
ヘキシルトリクロロシラン（ＣＦ3（ＣＦ2）3ＣＨ2ＣＨ
2ＳｉＣｌ3）がある。Further, nonafluorohexyltrichlorosilane (CF 3 () in which the organic functional group X is a fluoroalkyl group represented by the structural formula [III] and the hydrolyzable group Y is a chloro group is a silane coupling agent. CF 2 ) 3 CH 2 CH
2 SiCl 3 ).
【００７７】また、シラン系カップリング剤は、有機官
能基Ｘが構造式〔II〕または〔III〕で表されるすなわ
ち、アルキル基またはフルオロアルキル基であり、加水
分解基Ｙは、エトキシ基（ＯＣＨ3）で表されるもので
あっても良い。In the silane coupling agent, the organic functional group X is represented by the structural formula [II] or [III], that is, an alkyl group or a fluoroalkyl group, and the hydrolyzable group Y is an ethoxy group ( OCH 3 ).
【００７８】さらに、これらの幾つかを選択して混合さ
せて、表面エネルギーを最適化させることももちろん可
能である。Further, it is of course possible to select and mix some of these to optimize the surface energy.
【００７９】また、上記では、半導体基板上に静電アク
チュエータと、光学素子が垂直に積み重ねられた光スイ
ッチング素子を例に説明しているが、ピエゾ効果などの
他の電気機械的な効果を用いたアクチュエータを備えた
スイッチングデバイスであっても本発明により製造でき
る。また、光学素子としてもスイッチングする対象はエ
バネセント波に限定されることはなく、他の光学系、た
とえば、反射光学系を利用してスイッチング動作する光
学素子アレイも同様に製造することができる。もちろ
ん、スイッチングの対象は光に限らず、流体などの他の
媒体であってもよい。In the above description, an electrostatic actuator and an optical switching element in which optical elements are vertically stacked on a semiconductor substrate have been described as an example, but other electromechanical effects such as a piezo effect can be used. Even a switching device having a conventional actuator can be manufactured by the present invention. Also, the switching target of the optical element is not limited to the evanescent wave, and an optical element array that performs a switching operation using another optical system, for example, a reflection optical system, can be similarly manufactured. Of course, the switching target is not limited to light, but may be another medium such as a fluid.
【００８０】[0080]
【発明の効果】以上に説明したように、本発明では、転
写型を用いてミクロンオーダまたはサブミクロンオーダ
の微細構造体を型成形する際に、転写型の表面をカップ
リング剤を離型剤して用いて処理するようにしている。
上記のように、本願発明者らの考察によると、カップリ
ング剤で処理することにより、転写型の表面を、樹脂の
表面状態を劣化させずに、転写型は剥離しやすい、適当
な表面エネルギーに変化させることができる。したがっ
て、カップリング剤を離型剤として用いることにより、
樹脂と転写型との密着性を適度な状態にし、簡単に時間
をかけずに転写型を外すことができると共に、転写型を
外す際に治具などを用いて樹脂に大きな負荷をかけずに
済むので、破損などにより歩留まりが低下するのを防止
できる。さらに、このようにして製造された微細構造体
の成形された表面は、転写型の形状を忠実に再現し、面
粗さも非常に小さくなる。As described above, according to the present invention, when a microstructure of micron order or submicron order is molded using a transfer mold, the surface of the transfer mold is coated with a release agent. And use it for processing.
As described above, according to the considerations of the present inventors, by treating with a coupling agent, the surface of the transfer mold can be easily separated without deteriorating the surface state of the resin. Can be changed to Therefore, by using a coupling agent as a release agent,
The transfer mold can be easily removed in a short time without adjusting the adhesion between the resin and the transfer mold, and the resin can be removed without using a jig when removing the transfer mold. As a result, it is possible to prevent the yield from being reduced due to damage or the like. Further, the molded surface of the microstructure manufactured in this manner faithfully reproduces the shape of the transfer die, and the surface roughness is very small.
【００８１】したがって、本発明は、マイクロレプリカ
技術により微細構造体を備えたデバイスを量産する際
に、成形面の転写精度が高く、さらに、成形した樹脂か
ら転写型を外す剥離が容易な、光スイッチングとなる微
細構造体の製造方法に好適なものである。したがって、
本発明の製造方法は、上述したエバネセント光を用いた
映像表示デバイスの量産に適したものであり、映像デバ
イスの品質と歩留まりを向上でき、低コストで高品質の
デバイスを提供できるようになる。Therefore, according to the present invention, when mass-producing a device provided with a microstructure by the micro-replica technique, the transfer accuracy of the molding surface is high, and the light-emitting device is easy to peel off the transfer mold from the molded resin. This is suitable for a method for manufacturing a microstructure to be switched. Therefore,
The manufacturing method of the present invention is suitable for mass production of the above-described image display device using evanescent light, can improve the quality and yield of the image device, and can provide a high-quality device at low cost.
【図１】エバネセント光を利用した映像表示デバイスの
概要を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an outline of a video display device using evanescent light.
【図２】図１に示す光スイッチング素子の製造プロセス
を示す図であり、半導体基板上に第１の電極層を形成し
た状態を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a manufacturing process of the optical switching element illustrated in FIG. 1, illustrating a state in which a first electrode layer is formed on a semiconductor substrate.
【図３】図１に示す光スイッチング素子の製造プロセス
を示す図であり、第１の電極層の上に第１の犠牲層を形
成した状態を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a manufacturing process of the optical switching element illustrated in FIG. 1, illustrating a state in which a first sacrificial layer is formed on a first electrode layer.
【図４】半導体基板の上にアクチュエータを製造するプ
ロセスを示す図であり、第１の犠牲層の上に第２の電極
層（バネ層）を形成した状態を示す図である。FIG. 4 is a view illustrating a process of manufacturing an actuator on a semiconductor substrate, and is a view illustrating a state in which a second electrode layer (spring layer) is formed on a first sacrificial layer.
【図５】半導体基板上の第２の電極層の上に第２の犠牲
層を形成した状態を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a state in which a second sacrificial layer is formed on a second electrode layer on a semiconductor substrate.
【図６】型転写によりサポート構造を成形する様子を示
す図である。FIG. 6 is a diagram showing how a support structure is formed by mold transfer.
【図７】型転写によりマイクロプリズムを成形する様子
を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a state in which a microprism is formed by mold transfer.
【図８】画素分離して光スイッチング素子が製造された
様子を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a state where an optical switching element is manufactured by separating pixels.
【図９】カップリング剤を離型剤として転写型に施した
場合の、各ケースの接触角、離型性、および表面状態を
示す表である。FIG. 9 is a table showing a contact angle, a releasability, and a surface state of each case when a coupling agent is applied to a transfer mold as a release agent.
【図１０】図９に示したケース１、２および６の表面形
状を粗さ計で測定した結果を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing the results of measuring the surface shapes of cases 1, 2 and 6 shown in FIG. 9 with a roughness meter.
１ 導光板（光ガイド） ２ 入射光 ３ 光学素子（可動片） ４ マイクロプリズム ５ サポート構造層 ６ アクチュエータ ７ 上電極およびバネ構造 ８ 下電極 ９ アンカー １０ 光スイッチング素子 １１ ポスト（支柱） １２ 駆動用の空間 ２０ 半導体基板 ２５ アクチュエータアレイ層 ２６ 光学素子アレイ層 ３２、３４ 犠牲層 ３５、３６ 樹脂 ４７ 分離用の隙間 ５０ 光スイッチングデバイス ５５ 映像表示デバイス ６０、６８ 転写型（マイクロレプリカ） ６２、６９ 成形面 ７０ 離型剤（カップリング剤） REFERENCE SIGNS LIST 1 light guide plate (light guide) 2 incident light 3 optical element (movable piece) 4 microprism 5 support structure layer 6 actuator 7 upper electrode and spring structure 8 lower electrode 9 anchor 10 optical switching element 11 post (post) 12 drive Space 20 Semiconductor substrate 25 Actuator array layer 26 Optical element array layer 32, 34 Sacrificial layer 35, 36 Resin 47 Separation gap 50 Optical switching device 55 Image display device 60, 68 Transfer mold (micro replica) 62, 69 Molding surface 70 Release agent (coupling agent)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H041 AA14 AB27 AB40 AC06 AZ01 AZ05 AZ08 4F202 AA44 AH73 AJ09 AJ11 CB01 CD22 CK13 CM46 CM83 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2H041 AA14 AB27 AB40 AC06 AZ01 AZ05 AZ08 4F202 AA44 AH73 AJ09 AJ11 CB01 CD22 CK13 CM46 CM83
Claims (17)
微細構造を成形する際に、前記転写型の表面を、少なく
とも１つのカップリング剤からなる離型剤で処理する工
程を有する微細構造体の製造方法。1. A step of treating a surface of a transfer mold with a release agent comprising at least one coupling agent when applying a resin on a substrate to form a fine structure using a transfer mold. A method for manufacturing a microstructure.
は、それにより処理された面の接触角が６０度から９０
度の範囲であることを特徴とする微細構造体の製造方
法。2. The method according to claim 1, wherein the coupling agent has a contact angle of 60 degrees to 90 degrees on a surface treated with the coupling agent.
A method for producing a microstructure, wherein the method is in the range of degrees.
は、下記の構造式〔I〕で表されるシラン系カップリン
グ剤であることを特徴とする微細構造体の製造方法。 Ｘ−Ｒ−ＳｉＹ3-n1（ＣＨ3）n1 〔I〕 但し、Ｘは有機官能基、Ｙは加水分解性基、Ｒはアルキ
レン基であり、ｎ１は０ないし２の整数である。3. The method according to claim 1, wherein the coupling agent is a silane coupling agent represented by the following structural formula [I]. X-R-SiY 3-n1 (CH 3) n1 (I) where, X is an organic functional group, Y is a hydrolyzable radical, R is an alkylene group, n1 is an integer of 0 to 2.
リング剤は、前記有機官能基Ｘが、アルキル基、フルオ
ロアルキル基、ビニル基、エポキシ基、アミノ基、メル
カプト基、フェニル基、アルキルフェニル基、またはハ
ロゲンフェニル基であり、前記加水分解性基Ｙが、クロ
ル基、アルコキシ基、アセトキシ基、イソプロペノキシ
基、またはアミノ基であることを特徴とする微細構造体
の製造方法。4. The silane coupling agent according to claim 3, wherein the organic functional group X is an alkyl group, a fluoroalkyl group, a vinyl group, an epoxy group, an amino group, a mercapto group, a phenyl group, or an alkylphenyl group. Or a halogen phenyl group, and the hydrolyzable group Y is a chloro group, an alkoxy group, an acetoxy group, an isopropenoxy group, or an amino group.
前記アルキル基または前記フルオロアルキル基は、下記
の構造式〔II〕または〔III〕で表され、前記加水分解
基Ｙの前記アルコキシ基は、メトキシ基またはエトキシ
基で表されるシラン系カップリング剤またはその化合物
であることを特徴とする微細構造体の製造方法。 ＣＨ3−（ＣＨ2）n2− 〔II〕 但し、ｎ２は、１ないし１５の整数である。 ＣＦ3−（ＣＦ2）n3−ＣＨ2ＣＨ2− 〔III〕 但し、ｎ３は、１ないし１５の整数である。5. The method according to claim 4, wherein the alkyl group or the fluoroalkyl group of the organic functional group X is represented by the following structural formula [II] or [III], and the alkoxy group of the hydrolyzable group Y is Is a silane coupling agent represented by a methoxy group or an ethoxy group, or a compound thereof; CH 3 - (CH 2) n2 - [II] However, n2 is 1 to 15 integer. CF 3 - (CF 2) n3 -CH 2 CH 2 - [III] However, n3 is 1 to 15 integer.
の前記シラン系カップリング剤が混合されていることを
特徴とする微細構造体の製造方法。6. The method for manufacturing a microstructure according to claim 3, wherein the release agent comprises a mixture of a plurality of the silane coupling agents.
写することによりマイクロ光学素子がアレイ状に配置さ
れた光学素子アレイ層が形成されることを特徴とする微
細構造体の製造方法。7. The method for manufacturing a microstructure according to claim 1, wherein an optical element array layer in which micro optical elements are arranged in an array is formed by transferring the resin into the mold.
前記樹脂が成形されたスイッチング部を駆動させるマイ
クロアクチュエータがアレイ状に配置されたアクチュエ
ータアレイ層を備えており、このアクチュエータアレイ
層に重ねて前記樹脂を塗布することを特徴とする微細構
造体の製造方法。8. The method according to claim 1, wherein the fine structure comprises:
A microactuator for driving a switching part formed of the resin, comprising an actuator array layer arranged in an array, and applying the resin so as to overlap the actuator array layer; Method.
は、エバネセント光をスイッチングするマイクロプリズ
ムを備えたマイクロ光学素子である微細構造体の製造方
法。9. The method according to claim 8, wherein the switching unit is a micro-optical element including a micro-prism for switching evanescent light.
チュエータは、静電アクチュエータである微細構造体の
製造方法。10. The method according to claim 9, wherein the microactuator is an electrostatic actuator.
配置されたアクチュエータアレイ層を基板上に製造する
工程と、 このアクチュエータアレイ層の上に、樹脂を塗布して転
写型によりマイクロ光学素子がアレイ状に配置された光
学素子アレイ層を製造する工程とを有し、 この光学素子アレイ層を製造する工程は、前記転写型の
表面を、少なくとも１つのカップリング剤からなる離型
剤で処理する工程を備えている映像表示デバイスの製造
方法。11. A step of manufacturing, on a substrate, an actuator array layer in which microactuators are arranged in an array, and applying a resin onto the actuator array layer and arranging micro-optical elements in an array by a transfer mold. Manufacturing the optical element array layer, wherein the step of manufacturing the optical element array layer includes the step of treating the surface of the transfer mold with a release agent comprising at least one coupling agent. Manufacturing method of a video display device.
クチュエータは静電アクチュエータであり、前記マイク
ロ光学素子はエバネセント光により光スイッチングを行
うマイクロプリズムである映像表示デバイスの製造方
法。12. The method according to claim 11, wherein the micro-actuator is an electrostatic actuator, and the micro-optical element is a micro-prism that performs optical switching by evanescent light.
グ剤は、それにより処理された面の接触角が６０度から
９０度の範囲であることを特徴とする映像表示デバイス
の製造方法。13. The method according to claim 11, wherein a contact angle of a surface of the coupling agent treated with the coupling agent is in a range of 60 degrees to 90 degrees.
グ剤は、下記の構造式〔I〕で表されるシラン系カップ
リング剤であることを特徴とする映像表示デバイスの製
造方法。 Ｘ−Ｒ−ＳｉＹ3-n1（ＣＨ3）n1 〔I〕 但し、Ｘは有機官能基、Ｙは加水分解性基、Ｒはアルキ
レン基であり、ｎ１は０ないし２の整数である。14. The method according to claim 11, wherein the coupling agent is a silane coupling agent represented by the following structural formula [I]. X-R-SiY 3-n1 (CH 3) n1 (I) where, X is an organic functional group, Y is a hydrolyzable radical, R is an alkylene group, n1 is an integer of 0 to 2.
ップリング剤は、前記有機官能基Ｘが、アルキル基、フ
ルオロアルキル基、ビニル基、エポキシ基、アミノ基、
メルカプト基、フェニル基、アルキルフェニル基、また
はハロゲンフェニル基であり、 前記加水分解性基Ｙが、クロル基、アルコキシ基、アセ
トキシ基、イソプロペノキシ基、またはアミノ基である
ことを特徴とする映像表示デバイスの製造方法。15. The silane coupling agent according to claim 14, wherein the organic functional group X is an alkyl group, a fluoroalkyl group, a vinyl group, an epoxy group, an amino group,
A video display device, which is a mercapto group, a phenyl group, an alkylphenyl group, or a halogen phenyl group, wherein the hydrolyzable group Y is a chloro group, an alkoxy group, an acetoxy group, an isopropenoxy group, or an amino group. Manufacturing method.
Ｘの前記アルキル基または前記フルオロアルキル基は、
下記の構造式〔II〕または〔III〕で表され、 前記加水分解基Ｙの前記アルコキシ基は、メトキシ基ま
たはエトキシ基で表されるシラン系カップリング剤また
はその化合物であることを特徴とする映像表示デバイの
製造方法。 ＣＨ3−（ＣＨ2）n2− 〔II〕 但し、ｎ２は、１ないし１５の整数である。 ＣＦ3−（ＣＦ2）n3−ＣＨ2ＣＨ2− 〔III〕 但し、ｎ３は、１ないし１５の整数である。16. The organic functional group X according to claim 14, wherein the alkyl group or the fluoroalkyl group is
It is represented by the following structural formula [II] or [III], wherein the alkoxy group of the hydrolyzing group Y is a silane coupling agent represented by a methoxy group or an ethoxy group or a compound thereof. Manufacturing method of video display device. CH 3 - (CH 2) n2 - [II] However, n2 is 1 to 15 integer. CF 3- (CF 2 ) n3 -CH 2 CH 2- [III] wherein n3 is an integer of 1 to 15.
複数の前記シラン系カップリング剤が混合されているこ
とを特徴とする映像表示デバイスの製造方法。17. The release agent according to claim 14, wherein
A method for manufacturing an image display device, wherein a plurality of the silane-based coupling agents are mixed.
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| JP2000087150A JP2001269942A (en) | 2000-03-27 | 2000-03-27 | Method for making microstructure of image display device |
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