JP2004291245A - Method for manufacturing matrix of mold for molding optical element, matrix, mold for molding optical element and coating apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子成形用金型の母型の製作方法、母型、光学素子成形用金型及び塗布装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、急速に発展している光ピックアップ装置の分野では、極めて高精度な対物レンズなどの光学素子が用いられている。プラスチックやガラスなどの素材を、金型を用いてそのような光学素子に成形すると、均一な形状の製品を迅速に製造することができるため、かかる金型成形は、そのような用途の光学素子の大量生産に適しているといえる。ここで、金型は消耗品であり、また不測の事態による破損なども予想されることから、高精度な光学素子を成形するためには、定期的或いは不定期の金型交換が必要であるといえる。従って、光学素子を成形するための金型(光学素子成形用金型ともいう)も、一定精度のものをある程度の量だけ予め用意しておく必要があるといえる。
【0003】
ここで、単結晶ダイヤモンド工具などを用いた切削加工で金型を製造した場合、手間がかかる上に、全く同一形状の金型を切り出すことは困難といえ、それ故金型交換前後で光学素子製品の形状バラツキが生じる恐れがあり、又コストもかかるという問題がある。
【0004】
特に、光ピックアップ装置に用いるある種の光学素子には、収差特性を良好にすべく、光学面の光軸に同心に、断面がブレーズ形状の微細な回折輪帯を設けることが行われている。このような回折輪帯に対応した同心溝を、金型の光学面転写面に形成する場合、切削加工に手間と時間がかかるという問題がある。光学素子成形用金型を超鋼などで形成する場合、精度良く所望の光学面転写面形状を得るためには、ダイアモンド工具による切削加工等によらなくてはならない。
【0005】
このような問題に対し、例えば光学素子の光学面に対応した母光学面を有する母型に対し、化学反応を通じて電鋳等を成長させることで、金型を製作しようとする試みがある。このような電鋳による金型製作手法を用いると、例えば光学素子の回折輪帯に対応した輪帯を備えた非球面を精度良く形成した母型を一つ用意するだけで、寸法バラツキの少ない光学素子成形用金型を比較的容易に転写形成することができる。
【0006】
かかる手法によれば、例えば回折輪帯に対応する輪帯を形成するために、母型の表面に塗布剤としてレジストを塗布し、電子描画を行い、現像処理し、電鋳処理を行って、光学素子成形用金型を得ることができる。ここで、光学素子の表面に高精度な回折輪帯を形成するためには、レジストの膜厚バラツキを狭い範囲に抑える必要がある。特に、高精度な光学素子を成形する場合には、より高精度な光学素子成形用金型が必要となり、従って、そのような金型を成形するための母型に対する精度要求は極めて高くなる。
【0007】
膜厚バラツキを抑える手法として、例えば半導体製造分野で用いられているスピンコート処理がある。スピンコート処理は、基材をスピンチャックで吸着保持し、基材を回転させながら回転中心にレジストを滴下して、遠心力を用いて塗り広げ、膜厚を一定に制御するものである。このようなスピンコート処理に用いるスピンチャックの形状としては、例えば以下の特許文献1、2に記載されている。
【特許文献1】
特開平10−150097号公報
【特許文献2】
特開平9−63946号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特許文献1,2において、スピンチャックの上面に、回転中心から放射状に並べられた複数の穿孔が形成され、この穿孔はスピンチャック内で放射方向に伸びる横穴によって連結され、更に横穴は中央の大径孔に連通して負圧ポンプに接続されている。従って、スピンチャックの上面に基材が配置され、負圧ポンプを動作させると、負圧になった穿孔に基材が吸着保持されるようになっている。ここで、スピンチャックの上面の平面度が高ければ、基材はスピンチャックの上面にならい、高い平面度に維持されるので、スピンコート時の膜厚バラツキを抑えることができる。
【0009】
ところが、基材上に滴下されたレジストがその表面を伝わってスピンチャックに至り穿孔内に吸引されると、そこで固化したレジストにより、穿孔が目詰まりし吸着作用を損なった結果、局部的に平面度が低下する恐れがある。更に、固化したレジストを除去しようとしても、スピンチャックの上面側から穿孔内のレジストを針状の部材でつついて押し出そうとしても、レジストは奥に入り込むだけであって、目詰まりは解消しないという問題がある。
【0010】
そこで、本発明者らはスピンチャックの溝形状を変更することを考えた。図8(a)は、本発明者らが考えたスピンチャックの上面図であり、図8(b)は、かかるスピンチャックを軸線方向にB−B線で切断して示す断面図である。図8において、略円盤状のスピンチャック1は、中央に形成された穿孔1aと、上面に形成され穿孔1aを中心とした十字溝1bとを有している。このようなスピンチャック1によれば、レジストが十字溝1b内に流れ込んだ後固化しても、溝に沿って掻き出すことで除去することができ、また穿孔1aが目詰まりした場合でも、針状部材等でつつくことで下方に押し出すことが可能となっている。
【0011】
ところが、このようにレジストの目詰まりを容易に除去できるスピンチャック1を用いて、本発明者らが実際にスピンコートを行ったところ、以下のような問題があることが判明した。図9は、本発明者らが行った試験結果を示す図であり、スピンチャック1に吸着保持した0.5mmの石英板に、レジストを滴下することで得られた膜の厚さを回転中心から3mmの位置で実測し、かかる実測値をプロットしたものである。図9から明らかなように、回転中心に対して上下左右方向に膜厚が厚い領域が形成されている。これは、十字溝1bがあるために、石英板が平面性を維持できず、たわんだところにレジストが多く付着したことで膜厚がばらついたものと考えられる。半導体製造分野においては、図9に示すような膜厚バラツキは、許容される値であるかもしれないが、高精度な光学素子成形用金型を製造する場合には、かかる膜厚バラツキは到底許容されないものである。
【0012】
本発明は、このような従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、レジストの目詰まりを除去可能であって、且つ基材の平面性を良好に維持しつつ塗布剤を被覆できる光学素子成形用金型の母型の製作方法、母型、光学素子成形用金型及び塗布装置塗布装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
第1の本発明の塗布装置は、光学素子成形用金型の母型の製作方法であって、回転中心を有するとともに回転中心を囲う線状溝が表面に形成された保持部上に該線状溝を覆う基材を載置する載置ステップと、負圧により該基材を前記保持部に前記線状溝を通して吸着する吸着ステップと、前記保持部を回転させると共に前記保持部上の基材に塗布剤を塗布する回転塗布ステップと、前記塗布剤が塗布された基材上で、かつ前記線状溝の内側に相当する領域に対して所定のパターンを描画する描画ステップと、現像処理により前記基材上に形成された所定のパターンを現像する現像ステップと、を含むので、前記線状溝に塗布剤が流れ込んで固化したとしても、前記線状溝に沿って容易に除去できると共に、前記線状溝が回転中心を囲う形状となっているので、前記基材の平面度の悪化を抑制することで周方向における膜厚バラツキが抑えられ、高精度な塗布を行うことが可能である。又、前記線状溝の内側に相当する領域に対して所定のパターンを描画することで、少なくとも所定のパターンが描画される範囲の平面度の悪化を抑制でき、均一な膜厚の塗布剤を塗布することによって高精度な母型を得ることができる。
【0014】
更に、前記回転塗布ステップの後、さらに塗布剤を塗布した前記基材をべーキングするステップを含むと好ましい。
【0015】
又、前記現像ステップの後、さらに塗布剤を硬化するために前記所定のパターンが現像された前記基材にドライエッチングを施すステップを含むと好ましい。
【0016】
更に、前記描画ステップにおける描画は電子ビームによる描画であると好ましい。
【0017】
又、前記所定のパターンは回折輪帯形状であると好ましい。
【0018】
更に、前記保持部に載置される基材は平板であると好ましいが、レンズのごとき光学素子に対応した3次元形状を有していても良い。
【0019】
又、電鋳処理により前記所定のパターンを有する基材上に電鋳部材を形成する電鋳ステップと、形成された前記電鋳部材において、前記線状溝の内側に相当する領域以外を切削加工することにより、光学素子成形用金型を形成するステップと、を更に含むと好ましい。
【0020】
更に、前記線状溝は円形状であると、前記基材の平面度の悪化をより抑制できるので好ましいが、これに限らず前記溝は多角形状、あるいは渦巻き形状を有していても良い。
【0021】
又、前記線状溝は負圧供給部に接続されていると好ましい。
【0022】
以上の光学素子成形用金型の母型の製作方法により高精度な母型が形成される。
【0023】
以上の母型を用いて高精度な光学素子成形用金型が形成される。
【0024】
以上の光学素子成形用金型を用いて高精度な光学素子が成形される。
【0025】
第2の本発明の塗布装置は、基材を吸着保持して回転させるとともに該基材に塗布剤を塗布するための塗布装置において、回転中心を有するとともに回転中心を囲う単ーの線状溝が表面に形成された、該基材を保持するための保持部と、前記保持部を回転させる回転駆動部と、前記単一の線状溝に連通し、該線状溝内に生じる負圧により該基材を前記保持部に吸着保持するための負圧供給部と、前記保持部に保持された該基材上に塗布剤を供給する供給手段と、を含むので、前記線状溝に塗布剤が流れ込んで固化したとしても、前記線状溝に沿って容易に除去できると共に、前記線状溝が回転中心を囲う形状となっているので、前記基材の平面度の悪化を抑制することで周方向における膜厚バラツキが抑えられ、高精度な塗布を行うことが可能である。又、前記線状溝の内側に相当する領域に対して所定のパターンを描画することで、少なくとも所定のパターンが描画される範囲の平面度の悪化を抑制でき、均一な膜厚の塗布剤を塗布することによって高精度な母型を得ることができる。
【0026】
更に、前記線状溝は円形状であると好ましい。
【0027】
さらに前記線状溝と前記負圧供給部と連通する複数の連通孔を有すると好ましい。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。図1は、本実施の形態にかかる塗布装置の全体の概略構成を示す機能ブロック図である。
【0029】
本実施の形態の塗布装置30は、図1に示すように、塗布剤例えばレジストが塗布される基材10を回転軸Aを中心にして回転しつつ保持する保持部であるスピンコータチャック40と、塗布剤であるレジスト(図1に示すL)を、基材10に対して回転中心軸Aの位置にて上方向から連続的に流下することでレジストを供給する塗布剤供給手段である塗布剤塗布手段31と、レジストの粘度を制御する粘度制御手段32と、前記塗布剤塗布手段31にて供給されるレジストの量を調整制御する塗布量制御手段33と、前記レジストを連続的に流下させる際のレジストの供給時間を制御する塗布剤供給時間制御手段34と、前記スピンコータチャック40を回転中心軸Aを中心としてθ方向に回転駆動するための回転駆動部であるモータ35と、モータ35を制御してスピンコータチャック40の回転数を制御する回転制御手段36と、塗布されるレジストの膜厚がほぼ均一となるように例えば所定のレジスト量と回転数との相関関係を示した相関テーブルやさらには周囲環境条件例えば温度制御条件をも加味した条件情報などの各種制御条件情報を格納した記憶手段37と、スピンコータチャック40に接続されて、基材10を吸着保持するための負圧を創成する負圧源である負圧ポンプ38と、これらを制御する制御手段39とを有する。
【0030】
なお、この塗布装置30は、レジスト塗布時にレジスト塗布の制御条件の一つである周囲環境条件例えば温度条件を膜厚がほぼ均一となるように制御するために上述の制御手段39とリンクする図示しない雰囲気温度制御手段を備えていると好ましい。その際の雰囲気温度制御条件としては、例えば22〜24℃、ベーキング時は、100〜200℃等にて設定制御されることが好ましい。
【0031】
基材10は、光学素子例えば平行平板等の金型を製造するための母型を形成するのに好ましい材質、例えば樹脂素材であるポリイミドやn型シリコンにて円盤状に形成されている。
【0032】
図2は、スピンコータチャック40の斜視図である。図1,2において、スピンコータチャック40は、円筒状の軸41の上端に円盤42を連結したごとき一体形状を有し、平坦な面である円盤42の上面には、回転軸Aを中心とした円形の線状溝43が形成されている。円形の線状溝43の底部は、放射状に延在し互いに直交する2本(図1,2では1本のみ図示)の横孔(連通孔)44により合計4カ所で連結されている。一対の横孔44の交差部は、回転軸線Aと同軸で軸41を貫通する縦孔45と連通している。
【0033】
スピンコータチャック40の軸41は、モータ35の回転軸となっており、モータ35より所定の磁気力を受けることで、任意の回転速度で回転するようになっている。軸41の下端に開口した縦孔45は、相対回転可能なコネクタを介して配管46に接続され、配管46は、負圧供給部である負圧ポンプ38に接続されている。
【0034】
本実施の形態の動作を説明すると、基材10をスピンコータチャック40上に載置した後、負圧ポンプ38を駆動することで、配管46、縦孔45、及び横孔44を介して線状溝43内が吸引されるため、基材10が平面性を維持したまま、スピンコータチャック40に吸着保持されるようになっている。その後、モータ35を駆動することで、スピンコータチャック40と基材10とは一体で回転する。
【0035】
このとき、制御手段39は、モータ35による回転数と、レジストの塗布量に基づき、粘度を制御する。また、塗布剤供給時間制御手段34にて制御される供給時間に基づいて、塗布剤塗布手段31による塗布剤の供給に応じ回転数制御手段36を介してスピンコータチャック40の回転数を制御することができる。
【0036】
図3,4に、本発明者らが行った試験結果を示す。図3は、スピンチャック40に吸着保持した0.5mmの石英板に、レジストを滴下することで得られた膜の厚さを回転中心から3mmの位置で実測し、かかる実測値をプロットしたものであり、図9と同様な試験結果を示している。尚、かかる試験で用いたスピンコータチャックは、上面外径がφ30mm、円周溝の外径がφ16mm、溝幅が1.5mmであった。図3によれば、図9と比較して明らかなように膜厚バラツキを低減できる。
【0037】
図4は、上述した試験において、中心から7〜8mmの距離に溝を設けた場合の膜厚分布を求めた図である。図4に示す試験結果によれば、膜厚バラツキを4μm以内に収めるためには、中心から4mmの範囲に、回折輪帯などの微細構造を設ければ良いことが分かる。
【0038】
本実施の形態の塗布装置30によれば、スピンコータチャック40が基材10を吸引保持するために円形の線状溝43を設けているので、上述のようにレジストLの膜厚バラツキを抑制することができるほか、万が一、レジストLが線状溝43に流れ込んでも、その除去を容易に行うことができ、製造時の手間を減少させることができる。
【0039】
以下、本実施の形態にかかる光学素子成形用金型の製造方法ついて、図面を参照して具体的に説明する。図5は、本実施の形態にかかる母型製造方法を構成する工程を示すフローチャートである。図6は、図5に示す主要な工程において、処理される基材(母型の素材になる)を示す断面図である。尚、本実施の形態により製作される母型は、その母光学面に、平行平板である光学素子の回折輪帯に対応した輪帯が形成されるものとする。
【0040】
まず、図5のステップS101で、薄板円盤状である基材10を、スピンコータチャック40にセットし(載置ステップ)、線状溝43内の負圧を用いて基材10を吸着保持し(吸着ステップ)、ステップS102で、スピンコータチャック40を回転させつつ、そこに吸着保持された基材10上にレジストLを流下させながらスピンを実施して、レジストLの被膜を行う(回転塗布ステップ、図6(a)参照)。
【0041】
その後、ステップS103で、基材10をスピンコータチャック40から取り外し、ステップS104で、雰囲気温度180℃にて20分間ベーキング処理を行って(ベーキングステップ)、レジストLの被膜を安定させる。更に、ステップS105で、詳細については後述する電子ビーム描画装置を用いて、基材10の母光学面10a上のレジストLに電子ビーム描画処理を施す(描画ステップ、図6(b)参照)。電子ビームで描画する範囲を、スピンコータチャック40の線状溝43で囲われる領域C(線状溝の内側に相当する領域)内とすることで、均一な膜厚の塗布剤(レジスト層)上に精密な描画を行うことができ、精度の高いパターン形状を得ることができる。
【0042】
電子ビーム描画処理後、ステップS106で、基材10を現像液とリンス液に浸漬することで、現像処理及びリンス処理を順次行って(図6(c)参照)、不要なレジストを排除することで、輪帯形状のレジストLを得る(現像ステップ)。ここで、同一点における電子ビームBの照射時間を長くすれば、それだけレジストの除去量が増大するため、位置と照射時間(ドーズ量)を調整することで、図6に示すようなブレーズ形状の輪帯になるよう、レジストLを残すことができる。
【0043】
更に、ステップS107で、プラズマシャワーによるドライエッチング(ドライエッチングを施す工程)を経て、基材10の母光学面10aの表面を彫り込んでブレーズ状の輪帯10b(実際より誇張されて描かれている)を形成する(図6(d)参照)。その後、ステップS108で、スルファミン酸ニッケル浴中に、表面を活性処理した基材10を浸し、電極部材11と外部の電極12との間に電流を流すことで、電鋳20を成長させる(電鋳ステップ、図6(e)参照)。電鋳20は、その成長の過程で、母光学面10aに精度良く対応した光学面転写面20aと、輪帯10bに精度良く対応した輪帯転写面20bとを形成する。
【0044】
その後、ステップS109で、電鋳20を所定形状にカット(切削加工)し、ステップS110で、電鋳20を脱型し、光学素子製造装置に組み込めるように適切な機械加工を施すことで、光学素子成形用金型を得ることができる(光学素子成形用金型を形成するステップ)。
【0045】
本実施の形態の電子ビーム描画に用いる電子ビーム描画装置について説明する。図7は、本例の電子ビーム描画装置の全体構成を示す説明図である。
【0046】
電子ビーム描画装置401は、図7に示すように、大電流で高解像度の電子線プローブを形成して高速に描画対象の基材10上を走査するものであり、高解像度の電子線プローブを形成し、電子ビームを生成してターゲットに対してビーム照射を行う電子ビーム生成手段である電子銃412と、この電子銃412からの電子ビームを通過させるスリット414と、スリット414を通過する電子ビームの前記基材10に対する焦点位置を制御するための電子レンズ416と、電子ビームが出射される経路上に配設され開口により所望の電子ビームのビーム形状にするためのアパーチャー418と、電子ビームを偏向させることでターゲットである基材10上の走査位置等を制御する偏向器420と、偏向を補正する補正用コイル422と、を含んで構成されている。なお、これらの各部は、鏡筒410内に配設されて電子ビーム出射時には真空状態に維持される。
【0047】
さらに、電子ビーム描画装置401は、描画対象となる基材10を載置するための載置台であるXYZステージ430と、このXYZステージ430上の載置位置に基材10を搬送するための搬送手段であるローダ440と、XYZステージ430上の基材10の表面の基準点を測定するための測定手段である測定装置480と、XYZステージ430を駆動するための駆動手段であるステージ駆動手段450と、ローダ440を駆動するためのローダ駆動装置460と、鏡筒410内及びXYZステージ430を含む筐体411内を真空となるように排気を行う真空排気装置470と、基材10上を観察する観察系491と、これらの制御を司る制御手段である制御回路492と、を含んで構成されている。
【0048】
なお、電子レンズ416は、高さ方向に沿って複数箇所に離間して設置される各コイル417a、417b、417cの各々の電流値によって電子的なレンズが複数生成されることで各々制御され、電子ビームの焦点位置が制御される。
【0049】
測定装置480は、基材10に対してレーザーを照射することで基材10を測定する第1のレーザー測長器482と、第1のレーザー測長器482にて発光されたレーザー光(第1の照射光)が基材10を反射し当該反射光を受光する第1の受光部484と、前記第1のレーザー測長器482とは異なる照射角度から照射を行う第2のレーザー測長器486と、前記第2のレーザー測長器486にて発光されたレーザー光(第2の照射光)が基材10を反射し当該反射光を受光する第2の受光部488と、を含んで構成されている。
【0050】
ステージ駆動手段450は、XYZステージ430をX方向に駆動するX方向駆動機構452と、XYZステージ430をY方向に駆動するY方向駆動機構454と、XYZステージ430をZ方向に駆動するZ方向駆動機構456と、XYZステージ430をθ方向に駆動するθ方向駆動機構458と、を含んで構成されている。これによって、XYZステージ430を3次元的に動作させたり、アライメントを行うことができる。
【0051】
なお、制御回路492は、図示しないが、電子銃412に電源を供給するための電子銃電源部、この電子銃電源部での電流、電圧などを調整制御する電子銃制御部、電子レンズ416(複数の各電子的なレンズを各々)を動作させるためのレンズ電源部、このレンズ電源部での各電子レンズに対応する各電流を調整制御するレンズ制御部、を含んで構成される。
【0052】
さらに、制御回路492は、補正用コイル422を制御するためのコイル制御部、偏向器420にて成形方向の偏向を行う成形偏向部、偏向器420にて副走査方向の偏向を行うための副偏向部、偏向器420にて主走査方向の偏向を行うための主偏向部、電子ビームの電界を制御する電界制御手段である電界制御回路、描画パターンなどを前記基材10に対して生成するためのパターン発生回路、各種レーザー制御系、ステージ駆動手段450を制御するためのステージ制御回路、ローダ駆動装置460を制御するローダ制御回路、測定情報を入力するための測定情報入力部、入力された情報や他の複数の情報を記憶するための記憶手段であるメモリ、各種制御を行うための制御プログラムを記憶したプログラムメモリ、各部を備えた制御系、これらの各部の制御を司る例えばCPUなどにて形成された制御部、を含んで構成されている。
【0053】
上述のような構成を有する電子ビーム描画装置401において、ローダ440によって搬送された基材10がXYZステージ430上に載置されると、真空排気装置470によって鏡筒410及び筐体411内の空気やダストなどを排気したした後、電子銃412から電子ビームが照射される。
【0054】
電子銃412から照射された電子ビームは、電子レンズ416を介して偏向器420により偏向され、偏向された電子ビームB(以下、この電子レンズ416を通過後の偏向制御された電子ビームに関してのみ「電子ビームB」と符号を付与することがある)は、XYZステージ430上の基材10の表面、例えば曲面部(曲面)上の描画位置に対して照射されることで描画が行われる。
【0055】
この際に、測定装置480によって、基材10上の描画位置(描画位置のうち少なくとも高さ位置)、もしくは後述するような基準点の位置が測定され、制御回路492は、当該測定結果に基づき、電子レンズ416のコイル417a、417b、417cなどに流れる各電流値などを調整制御して、電子ビームBの焦点深度の位置、すなわち焦点位置を制御し、当該焦点位置が前記描画位置となるように移動制御される。
【0056】
あるいは、測定結果に基づき、制御回路492は、ステージ駆動手段450を制御することにより、前記電子ビームBの焦点位置が前記描画位置となるようにXYZステージ430を移動させる。
【0057】
また、本例においては、電子ビームの制御、XYZステージ430の制御のいずれか一方の制御によって行っても、双方を利用して行ってもよい。
【0058】
次に、測定装置480の第1のレーザー測長器482により電子ビームと交差する方向から基材10に対して第1の光ビームS1を照射し、基材10を透過する第1の光ビームS1の受光によって、第1の光強度分布が検出される。
【0059】
この際に、第1の光ビームS1は、基材10の底部にて反射されるため、第1の強度分布に基づき、基材10の平坦部上の(高さ)位置が測定算出されることになる。そして、この基材10の高さ位置を、例えば描画位置として、前記電子ビームの焦点位置の調整が行われ描画が行われることとなる。
【0060】
尚、基材10の母光学面10aが3次元形状を有しているような場合、その底面の(高さ)位置が求められても、母光学面10a上の位置が不明である場合がある。そこで、そのような場合には、第2のレーザー測長器486によって、第1の光ビームS1と異なる電子ビームとほぼ直交する方向から基材10に対して第2の光ビームS2を照射し、基材10を透過する第2の光ビームS2が第2の受光部488にて受光することによって、第2の光強度分布が検出されるので、これに基づき、母光学面10aの位置が測定算出され、焦点深度の狭い電子ビームに合わせて適切な電子ビーム描画を行うことができる。
【0061】
以上、実施の形態並びに実施例を参照して本発明を説明してきたが、本発明は、上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良(実施の形態の組み合わせを含む)が可能であることは勿論である。
【0062】
【発明の効果】
本発明によれば、レジストの目詰まりを除去可能であって、且つ基材の平面性を良好に維持しつつ塗布剤を被覆できる光学素子成形用金型の母型の製作方法、母型、光学素子成形用金型及び塗布装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施の形態にかかる塗布装置の全体の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図2】スピンコータチャック40の斜視図である。
【図3】スピンチャック40に吸着保持した0.5mmの石英板に、レジストを滴下することで得られた膜の厚さを回転中心から3mmの位置で実測し、かかる実測値をプロットした図である。
【図4】中心から7〜8mmの距離に溝を設けた場合の膜厚分布を求めた図である。
【図5】本実施の形態にかかる母型製造方法を構成する工程を示すフローチャートである。
【図6】図5に示す主要な工程において、処理される基材(母型の素材になる)を示す断面図である。
【図7】電子ビーム描画装置の構成の一例を示す説明図である。
【図8】図8(a)は、本発明者らが考えたスピンチャックの上面図であり、図8(b)は、かかるスピンチャックを軸線方向にB−B線で切断して示す断面図である。
【図9】スピンチャック1に吸着保持した0.5mmの石英板に、レジストを滴下することで得られた膜の厚さを回転中心から3mmの位置で実測し、かかる実測値をプロットした図である。
【符号の説明】
10 基材
20 電鋳
30 塗布装置
40 スピンコータチャック
401 電子ビーム描画装置
L レジスト[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a master for an optical element molding die, a master, an optical element molding die, and a coating apparatus.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, in the field of an optical pickup device that is rapidly developing, extremely high-precision optical elements such as objective lenses are used. When a material such as plastic or glass is molded into such an optical element using a mold, a product having a uniform shape can be rapidly manufactured. It is suitable for mass production of. Here, the mold is a consumable item, and is also expected to be damaged due to an unexpected situation. Therefore, in order to mold a high-precision optical element, it is necessary to exchange the mold regularly or irregularly. It can be said that. Therefore, it can be said that a mold for molding an optical element (also referred to as a mold for molding an optical element) needs to be prepared with a certain degree of accuracy in advance to a certain extent.
[0003]
Here, when a mold is manufactured by cutting using a single crystal diamond tool or the like, it can be said that it is troublesome and it is difficult to cut out a mold of exactly the same shape. There is a problem that the shape of the product may vary and the cost may increase.
[0004]
In particular, a certain type of optical element used in an optical pickup device is provided with a fine diffraction zone having a blazed cross section concentrically with the optical axis of an optical surface in order to improve aberration characteristics. . When the concentric grooves corresponding to such diffraction zones are formed on the optical surface transfer surface of the mold, there is a problem that the cutting process takes time and effort. When the optical element molding die is formed of super steel or the like, in order to obtain a desired optical surface transfer surface shape with high accuracy, it is necessary to perform cutting with a diamond tool or the like.
[0005]
In response to such a problem, for example, there has been an attempt to manufacture a mold by growing electroforming or the like through a chemical reaction on a mother mold having a mother optical surface corresponding to the optical surface of an optical element. With such a method of manufacturing a mold by electroforming, for example, only one master mold having an aspherical surface with a ring corresponding to the diffraction ring of the optical element formed with high precision is prepared, and there is little dimensional variation. An optical element molding die can be relatively easily transferred and formed.
[0006]
According to such a method, for example, in order to form a ring corresponding to the diffraction ring, a resist is applied as a coating agent to the surface of the matrix, electronic drawing is performed, development is performed, and electroforming is performed. An optical element molding die can be obtained. Here, in order to form a highly accurate diffraction zone on the surface of the optical element, it is necessary to suppress the thickness variation of the resist to a narrow range. In particular, when molding a high-precision optical element, a higher-precision mold for molding an optical element is required, and therefore, the precision requirement for a master mold for molding such a mold becomes extremely high.
[0007]
As a method of suppressing the thickness variation, for example, there is a spin coating process used in the semiconductor manufacturing field. In the spin coating process, a substrate is sucked and held by a spin chuck, a resist is dropped at the center of rotation while rotating the substrate, and the resist is spread using centrifugal force to control the film thickness to be constant. The shape of a spin chuck used for such a spin coating process is described in, for example,
[Patent Document 1]
JP-A-10-15097
[Patent Document 2]
JP-A-9-63946
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-mentioned
[0009]
However, when the resist dropped on the base material travels along its surface to reach the spin chuck and is sucked into the perforations, the solidified resist clogs the perforations and impairs the adsorption action, resulting in a locally flat surface. Degree may decrease. Furthermore, even if it is attempted to remove the solidified resist or to push out the resist in the perforation from the upper surface side of the spin chuck with a needle-shaped member, the resist merely enters the back and the clogging is not solved. There is a problem.
[0010]
Then, the present inventors considered changing the groove shape of the spin chuck. FIG. 8A is a top view of the spin chuck considered by the present inventors, and FIG. 8B is a cross-sectional view of the spin chuck cut along line BB in the axial direction. 8, a substantially disk-
[0011]
However, when the present inventors actually performed spin coating using the
[0012]
The present invention has been made in view of such problems of the related art, and is an optical element that can remove clogging of a resist and can coat a coating agent while maintaining good flatness of a substrate. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a mother die of a molding die, a mother die, an optical element molding die, and a coating device.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
A coating apparatus according to a first aspect of the present invention is a method for manufacturing a mother mold of an optical element molding die, the method comprising a step of forming a linear groove on a holding portion having a center of rotation and having a linear groove surrounding the center of rotation. A mounting step of mounting a base material covering the groove, a suction step of suctioning the base material to the holding section through the linear groove by a negative pressure, and a step of rotating the holding section and setting a base on the holding section. A spin coating step of applying a coating material to a material, a drawing step of drawing a predetermined pattern on an area corresponding to the inside of the linear groove on the base material coated with the coating material, and a developing process And a developing step of developing a predetermined pattern formed on the base material, so that even if the coating agent flows into the linear groove and solidifies, the coating agent can be easily removed along the linear groove. A shape in which the linear groove surrounds the center of rotation. Since Tsu, thickness variation is suppressed in the circumferential direction by suppressing deterioration of the flatness of the substrate, it is possible to perform highly accurate coating. Further, by drawing a predetermined pattern on an area corresponding to the inside of the linear groove, it is possible to suppress deterioration of flatness of at least a range where the predetermined pattern is drawn, and to apply a coating material having a uniform film thickness. By coating, a highly accurate matrix can be obtained.
[0014]
Furthermore, it is preferable that the method further includes a step of baking the base material coated with a coating agent after the spin coating step.
[0015]
It is preferable that the method further includes, after the developing step, a step of performing dry etching on the base material on which the predetermined pattern has been developed in order to cure the coating material.
[0016]
Further, it is preferable that the drawing in the drawing step is drawing by an electron beam.
[0017]
Preferably, the predetermined pattern has a diffraction ring shape.
[0018]
Further, the base material placed on the holding part is preferably a flat plate, but may have a three-dimensional shape corresponding to an optical element such as a lens.
[0019]
Also, an electroforming step of forming an electroformed member on the base material having the predetermined pattern by an electroforming process, and in the formed electroformed member, a region other than a region corresponding to the inside of the linear groove is cut. And thereby forming a mold for molding an optical element.
[0020]
Further, it is preferable that the linear groove has a circular shape, since the deterioration of the flatness of the substrate can be further suppressed. However, the present invention is not limited to this, and the groove may have a polygonal shape or a spiral shape.
[0021]
Preferably, the linear groove is connected to a negative pressure supply unit.
[0022]
A high-precision mother die is formed by the above-described method for manufacturing a master for an optical element molding die.
[0023]
A high-precision optical element molding die is formed by using the above-described master.
[0024]
A high-precision optical element is molded using the above-described optical element molding die.
[0025]
The coating apparatus according to the second aspect of the present invention is a coating apparatus for holding and rotating a substrate while applying a coating agent to the substrate, wherein the coating apparatus has a single linear groove having a rotation center and surrounding the rotation center. Formed on the surface, a holding portion for holding the substrate, a rotation driving portion for rotating the holding portion, and a negative pressure generated in the linear groove communicating with the single linear groove. A negative pressure supply unit for adsorbing and holding the base material on the holding unit, and a supply unit for supplying a coating agent on the base material held by the holding unit, so that the linear groove Even if the coating agent flows in and solidifies, it can be easily removed along the linear groove, and the linear groove has a shape surrounding the center of rotation, thereby suppressing the deterioration of the flatness of the base material. This suppresses variations in film thickness in the circumferential direction, enabling highly accurate coating. It is. Further, by drawing a predetermined pattern on an area corresponding to the inside of the linear groove, it is possible to suppress deterioration of flatness of at least a range where the predetermined pattern is drawn, and to apply a coating material having a uniform film thickness. By coating, a highly accurate matrix can be obtained.
[0026]
Further, the linear groove is preferably circular.
[0027]
Further, it is preferable to have a plurality of communication holes communicating with the linear groove and the negative pressure supply unit.
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. FIG. 1 is a functional block diagram illustrating a schematic configuration of the entire coating apparatus according to the present embodiment.
[0029]
As shown in FIG. 1, the
[0030]
The
[0031]
The
[0032]
FIG. 2 is a perspective view of the
[0033]
The shaft 41 of the
[0034]
The operation of the present embodiment will be described. After the
[0035]
At this time, the control means 39 controls the viscosity based on the number of rotations by the
[0036]
3 and 4 show the results of tests performed by the present inventors. FIG. 3 is a graph obtained by actually measuring the thickness of a film obtained by dropping a resist on a 0.5 mm quartz plate sucked and held by a
[0037]
FIG. 4 is a diagram illustrating a film thickness distribution obtained when a groove is provided at a distance of 7 to 8 mm from the center in the above-described test. According to the test results shown in FIG. 4, it is sufficient to provide a fine structure such as a diffraction ring zone in a range of 4 mm from the center in order to keep the thickness variation within 4 μm.
[0038]
According to the
[0039]
Hereinafter, a method for manufacturing the optical element molding die according to the present embodiment will be specifically described with reference to the drawings. FIG. 5 is a flowchart showing the steps constituting the method of manufacturing a matrix according to the present embodiment. FIG. 6 is a cross-sectional view showing a base material (a material of a matrix) to be processed in the main steps shown in FIG. In the matrix manufactured according to the present embodiment, an annular zone corresponding to the diffraction annular zone of the optical element which is a parallel plate is formed on the optical surface of the matrix.
[0040]
First, in step S101 of FIG. 5, the thin disk-shaped
[0041]
Thereafter, in step S103, the
[0042]
After the electron beam writing process, in Step S106, the developing process and the rinsing process are sequentially performed by immersing the
[0043]
Further, in step S107, the surface of the mother
[0044]
Then, in step S109, the
[0045]
An electron beam writing apparatus used for electron beam writing according to the present embodiment will be described. FIG. 7 is an explanatory diagram showing the overall configuration of the electron beam writing apparatus of the present example.
[0046]
As shown in FIG. 7, the electron
[0047]
Further, the electron
[0048]
The electronic lens 416 is controlled by generating a plurality of electronic lenses by the current values of the
[0049]
The measuring
[0050]
The stage driving means 450 includes an X
[0051]
Although not shown, the
[0052]
Further, the
[0053]
In the electron
[0054]
The electron beam emitted from the electron gun 412 is deflected by the
[0055]
At this time, the drawing position (at least the height position among the drawing positions) on the
[0056]
Alternatively, based on the measurement result, the
[0057]
Further, in this example, control may be performed by either one of the control of the electron beam and the control of the
[0058]
Next, the
[0059]
At this time, since the first light beam S1 is reflected at the bottom of the
[0060]
When the base
[0061]
As described above, the present invention has been described with reference to the embodiments and the examples. However, the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiments, and may be appropriately modified and improved (combinations of the embodiments may be used). Of course) is possible.
[0062]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to remove clogging of the resist, and a method of manufacturing a mold of an optical element molding mold capable of coating a coating agent while maintaining good flatness of a substrate, a mold, An optical element molding die and a coating device can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a functional block diagram illustrating a schematic configuration of an entire coating apparatus according to an embodiment.
FIG. 2 is a perspective view of a
FIG. 3 is a diagram in which the thickness of a film obtained by dropping a resist on a 0.5 mm quartz plate sucked and held by a
FIG. 4 is a view showing a film thickness distribution when a groove is provided at a distance of 7 to 8 mm from the center.
FIG. 5 is a flowchart showing steps constituting a method of manufacturing a matrix according to the present embodiment.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a base material (a material of a matrix) to be processed in the main steps shown in FIG.
FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating an example of a configuration of an electron beam writing apparatus.
FIG. 8A is a top view of a spin chuck considered by the present inventors, and FIG. 8B is a cross-sectional view of the spin chuck cut along a line BB in an axial direction. FIG.
FIG. 9 is a diagram in which the thickness of a film obtained by dropping a resist on a 0.5 mm quartz plate sucked and held by a
[Explanation of symbols]
10 Substrate
20 Electroforming
30 Coating device
40 Spin coater chuck
401 electron beam lithography system
L resist
Claims (15)
回転中心を有するとともに回転中心を囲う線状溝が表面に形成された保持部上に該線状溝を覆う基材を載置する載置ステップと、
負圧により該基材を前記保持部に前記線状溝を通して吸着する吸着ステップと、
前記保持部を回転させると共に前記保持部上の基材に塗布剤を塗布する回転塗布ステップと、
前記塗布剤が塗布された基材上で、かつ前記線状溝の内側に相当する領域に対して所定のパターンを描画する描画ステップと、
現像処理により前記基材上に形成された所定のパターンを現像する現像ステップと、を含むことを特徴とする光学素子成形用金型の母型の製作方法。A method of manufacturing a master of an optical element molding die,
A mounting step of mounting a substrate covering the linear groove on a holding portion having a rotation center and having a linear groove surrounding the rotation center formed on the surface,
An adsorption step of adsorbing the substrate by the negative pressure through the linear groove to the holding unit,
Rotating and applying the coating agent to the substrate on the holding unit while rotating the holding unit,
A drawing step of drawing a predetermined pattern on an area corresponding to the inside of the linear groove, on the substrate on which the coating agent is applied,
A developing step of developing a predetermined pattern formed on the base material by a developing process.
形成された前記電鋳部材において、前記線状溝の内側に相当する領域以外を切削加工することにより、光学素子成形用金型を形成するステップと、を更に含むことを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の光学素子成形用金型の母型の製作方法。An electroforming step of forming an electroformed member on the substrate having the predetermined pattern by an electroforming process,
2. The step of forming an optical element molding die by cutting a region other than an area corresponding to the inside of the linear groove in the formed electroformed member. 7. A method for producing a master mold for an optical element molding die according to any one of claims 6 to 6.
回転中心を有するとともに回転中心を囲う単ーの線状溝が表面に形成された、該基材を保持するための保持部と、
前記保持部を回転させる回転駆動部と、
前記単一の線状溝に連通し、該線状溝内に生じる負圧により該基材を前記保持部に吸着保持するための負圧供給部と、
前記保持部に保持された該基材上に塗布剤を供給する供給手段と、を含むことを特徴とする塗布装置。In a coating device for applying a coating agent to the substrate while rotating while holding the substrate by suction,
A single linear groove having a rotation center and surrounding the rotation center is formed on the surface, a holding portion for holding the base material,
A rotation drive unit that rotates the holding unit,
A negative pressure supply unit that communicates with the single linear groove and suction-holds the base material to the holding unit by a negative pressure generated in the linear groove;
A supply unit for supplying a coating material onto the base material held by the holding unit.
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---|---|---|---|---|
JP2010109176A (en) * | 2008-10-30 | 2010-05-13 | Seiko Epson Corp | Semiconductor manufacturing device, maintenance method thereof, and maintenance tool |
-
2003
- 2003-03-25 JP JP2003082744A patent/JP2004291245A/en active Pending
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