JP2005257778A - 微細格子作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 安価な装置により短時間で基材上に幅の狭い溝を形成可能であり、所望の形状の微細格子を形成可能な微細格子作製方法を提供する。
【解決手段】 基材１０に微細格子１２を形成する微細格子作製方法において、
基材１０の表面に上記微細格子１２のパターンに対応した微細溝４０を有する第一マスク膜２０を形成する工程と、
第一マスク膜２０上に第一マスク膜２０の微細溝４０の位置に微細溝４０よりも幅狭の微細凹部５１を有する第二マスク膜５０を形成する工程と、
第二マスク膜５０にエッチング加工を施して第二マスク膜５０を食刻し、微細凹部５１を略同幅のまま基材１０表面に到達させる工程と、
第二マスク膜５０を食刻して露出した基材１０にエッチング加工を施して微細凹部５１下部の基材１０を食刻し微細格子１２を形成する工程とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は基材に対して微細格子を作製する方法に関し、より詳細にはエッチング加工により基材に微細格子を作製する方法に関する。

現在、レンズや回折格子等の光学部材は、光学部材の模型材に対して電鋳加工を行うことにより金型を作製し、この金型を用いた射出成形により製造する方法が一般的となっている。
ここで光学部材の光学面には、光学面における光の反射を防止するため、格子の間隔（周期）が入射光の波長の半分以下の反射防止格子を設けることがある。このような反射防止格子を光学部材の光学面に形成するためには、金型を作製するための光学部材の模型材にも、同様に反射防止格子を形成する必要がある。

このような反射防止格子に代表される微細格子を基材表面に形成する方法としては、例えば特許文献１に記載されているように、基材にエッチング加工を施すことにより微細格子を形成する方法がある。具体的には、まず基材上に二酸化ケイ素からなるマスク膜を成膜する。次にこのマスク膜上にレジストを塗布し、露光装置により微細格子のパターンに対応する原画パターンをレジストに描画し、この原画パターンを現像することで、微細格子のパターンに対応する間隔でレジスト部と微細溝が繰り返すレジストパターンを形成する。そして、このレジストパターンが形成されたレジストをエッチングマスクとしてマスク膜にエッチング加工を施し、マスク膜に微細溝からなるマスクパターンを形成する。続いてレジストを除去することで基材上にはマスクパターンが形成されたマスク膜のみが残る。
このマスク膜をエッチングマスクとして、基材にエッチング加工を施すことで、基材の露出部分が食刻される。基材は厚さ方向に食刻されると共に幅方向にも食刻されることで厚さ方向に徐々に幅が狭くなる傾斜状の溝が形成され、食刻されなかった残存部分が微細格子となる。
特開平９−２５４１６１号公報

ところで、上述したように基材は厚さ方向と共に幅方向にも食刻されるので、基材の食刻が進んで微細格子の先端部分まで食刻されると、基材がエッチングマスクによって保護されなくなり全面的に食刻されるようになるので、食刻を続けてもそれ以上溝が深くならなくなる。このことは、基材がシリコンからなる場合、幅方向への食刻が進みやすいことからより顕著となる。そしてこのように溝が深くならない結果、所望の形状の微細格子が得られない場合がある。
このことから所望の形状の微細格子を形成するためには、マスク膜のマスクパターンを構成する微細溝の幅を狭くし、基材に形成される溝の幅を狭くする必要がある。つまり、マスク膜に幅狭の微細溝からなるマスクパターンを形成するため、レジストに形成する微細溝を幅狭にする必要がある。
しかし、レジストに描画可能な原画パターンの最小単位は露光装置の性能によって決定されるものであり、微細な原画パターンを描画するためには電子ビーム露光装置等の高価な露光装置を用いる必要がある。また、電子ビーム露光装置は原画パターンの形成に時間がかかるため、全体として基材の加工に必要な時間が長くなり、作業効率の低下を招いていた。

本発明は以上の問題点を鑑みてなされたものであり、安価な装置により短時間で基材上に幅の狭い溝を形成可能であり、所望の形状の微細格子を形成可能な微細格子作製方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため本発明に係る微細格子作製方法は、基材の表面にエッチング加工により微細格子を形成する微細格子作製方法において、上記基材の表面に上記微細格子対応にしたパターンの微細溝を有する第一マスク膜を形成する工程と、上記第一マスク膜上に該第一マスク膜の微細溝の位置に該微細溝よりも幅狭の微細凹部を有する第二マスク膜を形成する工程と、上記第二マスク膜にエッチング加工を施して該第二マスク膜を食刻し、上記微細凹部を略同幅のまま上記基材表面に到達させる工程と、上記第二マスク膜を食刻して露出した基材にエッチング加工を施して上記微細凹部下部の上記基材を食刻し上記微細格子を形成する工程とを有することを特徴として構成されている。

また本発明に係る微細格子作製方法は、上記第二マスク膜を二酸化ケイ素により形成し、該二酸化ケイ素からなる第二マスク膜にドライエッチング加工を施して上記第二マスク膜を食刻し、上記微細凹部を略同幅のまま上記基材表面に到達させることを特徴として構成されている。

また本発明に係る微細格子作製方法は、上記第二マスク膜にイオンミリング加工を施して上記第二マスク膜を食刻し、上記微細凹部を略同幅のまま上記基材表面に到達させることを特徴として構成されている。

また本発明に係る微細格子作製方法は、陽極酸化により上記微細格子に対応した複数の微細孔からなるホールパターンを形成した金属膜を基材上に配置し、又は基材上で形成し、該金属膜上に薄膜を成膜した後に上記金属膜を除去して上記微細溝を有する第一マスク膜を形成することを特徴として構成されている。

本発明に係る微細格子作製方法によれば、基材の表面に微細格子に対応したパターンの微細溝を有する第一マスク膜を形成する工程と、第一マスク膜上に第一マスク膜の微細溝の位置に微細溝よりも幅狭の微細凹部を有する第二マスク膜を形成する工程と、第二マスク膜にエッチング加工を施して第二マスク膜を食刻し、微細凹部を略同幅のまま基材表面に到達させる工程と、第二マスク膜を食刻して露出した基材にエッチング加工を施して微細凹部下部の基材を食刻し微細格子を形成する工程とを有することから、描画可能な原画パターンの最小単位が大きい安価な露光装置を用いても、所望の幅の微細溝を有するエッチングマスクを形成することができる。これにより基材に幅の狭い溝を安価に作製することが可能となり、従って所望の形状の微細格子を安価に形成可能となる。またこのような微細格子を短時間で形成可能となる。

また本発明に係る微細格子作製方法によれば、第二マスク膜を二酸化ケイ素により形成し、二酸化ケイ素からなる第二マスク膜にドライエッチング加工を施して第二マスク膜を食刻し、微細凹部を略同幅のまま基材表面に到達させることから、二酸化ケイ素は厚さ方向に食刻されやすく幅方向に食刻されにくいという特性を有するので、第二マスク膜の微細凹部を略同幅のまま基材表面に到達させやすくなり、容易に所望の幅の微細溝からなるマスクパターンを有するエッチングマスクを形成することが可能となる。

また本発明に係る微細格子作製方法によれば、第二マスク膜にイオンミリング加工を施して第二マスク膜を食刻し、微細凹部を略同幅のまま基材表面に到達させることから、イオンミリング加工は厚さ方向に食刻しやすく幅方向に食刻しにくいという特性を有するので、第二マスク膜の微細凹部を略同幅のまま基材表面に到達させやすくなり、容易に所望の幅の微細溝からなるマスクパターンを有するエッチングマスクを形成することが可能となる。

また本発明に係る微細格子作製方法によれば、陽極酸化により微細格子に対応した微細孔からなるホールパターンを形成した金属膜を基材上に配置し、又は基材上で形成し、金属膜上に薄膜を成膜した後に金属膜を除去して微細溝を有する第一マスク膜を形成することから、レジストの塗布、原画パターンの描画、及び原画パターンの現像という工程が必要なくなり、製造工程を簡略化することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。まず本発明の第一の実施形態について説明する。図１は本発明の第一の実施形態における模型材に反射防止格子を形成する工程を示す図である。模型材１０はシリコンからなり、光学部材を射出成形するための金型の形成に用いられるものであり、金型はこの模型材１０に対して電鋳加工を行うことにより形成される。
このような模型材１０に対して反射防止格子１２を形成する工程においては、まず初めに、模型材１０の表面に二酸化ケイ素からなる第一マスク膜２０を、スパッタ法、ＣＶＤ法等により成膜する（図１（ａ））。この第一マスク膜２０は模型材１０に対するエッチングマスクとなる。なお、第一マスク膜２０の材料は二酸化ケイ素に限られるものではなく、エッチングマスクの材料としてよく用いられるクロム等の他の材料であってもよい。

そしてこの第一マスク膜２０に対して、形成しようとする反射防止格子１２に対応する微細溝４０からなるマスクパターンを作成する。具体的には、まず第一マスク膜２０上にレジスト３０を塗布する（図１（ｂ））。そして露光装置によりこのレジスト３０に対して上述の微細溝４０に対応する原画パターンを描画し、この原画パターンを現像して、反射防止格子１２のパターンに対応する間隔でレジスト部と微細溝４０が繰り返すレジストパターンを形成する（図１（ｃ））。

そして、この微細溝４０からなるレジストパターンが形成されたレジスト３０をエッチングマスクとして、第一マスク膜２０に対して、フッ素系のガスなどのエッチングガスによってドライエッチングを行う。これにより、第一マスク膜２０においてレジスト３０の微細溝４０から露出している部分が食刻されて除去され、微細溝４０が模型材１０の表面に到達し、第一マスク膜２０にマスクパターンが形成される（図１（ｄ））。第一マスク膜２０にマスクパターンを形成した後は、レジスト３０は除去する（図１（ｅ））。

次に、微細溝４０からなるマスクパターンが形成された第一マスク膜２０の上から、さらに二酸化ケイ素からなる第二マスク膜５０を成膜する（図１（ｆ））。ここで、第一マスク膜２０には微細溝４０が形成されているので、第一マスク膜２０の上に第二マスク膜５０を成膜すると、第一マスク膜２０の微細溝４０の位置に成膜される第二マスク膜５０は微細溝４０に落ち込む形で成膜され、その結果、図１（ｆ）に示すように、第二マスク膜５０における第一マスク膜２０の微細溝４０の位置には、微細溝４０よりも幅狭の微細凹部５１が形成される。

そしてこの状態で、さらに第二マスク膜５０に対してエッチングガスによりドライエッチングを行う。ここで、二酸化ケイ素は厚さ方向に食刻されやすく、幅方向に食刻されにくいという特性を有することから、第二マスク膜５０は厚さ方向に略一様に食刻され、その結果、微細凹部５１が略同幅のまま模型材１０の表面に到達し、この微細凹部５１から模型材１０が露出する状態となる（図１（ｇ））。

そして、これら第一マスク膜２０と第二マスク膜５０をエッチングマスクとして、模型材１０に対してエッチングガスによりドライエッチングを行う（図１（ｈ））。これにより、模型材１０の微細凹部５１から露出した部分が食刻される。シリコンは厚さ方向と共に、幅方向にも食刻されやすいので、模型材１０に対する食刻が進行すると、図１（ｈ）に示すような、厚さ方向に徐々に幅狭となる傾斜溝１１が形成される。そして食刻されずに残存した部分が錐状の反射防止格子１２となる。反射防止格子１２の形成が終わると、最後にふっ酸処理装置等を用いて第一マスク膜２０と第二マスク膜５０を除去する（図１（ｉ））。

このように、微細溝４０を形成した第一マスク膜２０上に、更に第二マスク膜５０を成膜して微細溝４０よりも幅狭の微細凹部５１を形成し、これをエッチング加工することで、模型材１０上に第一マスク膜２０の微細溝４０よりも幅狭の微細溝を有するエッチングマスクを形成することができる。これにより、模型材１０に幅の狭い傾斜溝１１を形成することができ、所望の形状の反射防止格子１２を形成することが可能となる。また、第一マスク膜２０に形成する微細溝４０の幅を広く形成した上で成膜により幅を狭くしているので、レジストに描画可能な原画パターンの最小単位が大きい安価な露光装置を使用することが可能となる。

以上、本発明の第一の実施形態について説明した。上記第一の実施形態においては、第二マスク膜５０を二酸化ケイ素により形成し、二酸化ケイ素が厚さ方向に食刻されやすく、幅方向に食刻されにくいという特性を利用して、第二マスク膜５０を食刻して微細凹部５１が略同幅のまま模型材１０の表面に到達するようにした。しかし、第二マスク膜５０にこのような特性を有しない他の膜材料を用いても、微細凹部５１を略同幅のまま模型材１０の表面に到達させることは可能である。以下に、第二マスク膜５０に他の膜材料を選択可能な本発明の第二の実施形態について説明する。図２は本発明の第二の実施形態における模型材に反射防止格子の形成工程を示す図である。

本実施形態においては、第一マスク膜２０に微細溝４０を形成する工程まで（図１（ａ）〜（ｅ））は上記第一の実施形態と同様であるので、説明は省略する。
そして、この第一マスク膜２０の上には、上記第一の実施形態と同様、第二マスク膜５０を、微細凹部５１を有するように成膜する（図２（ａ））。ただし、本実施形態においては、この第二マスク膜５０の材料は二酸化ケイ素に限られるものではなく、クロムなどの他の材料であってもよい。

そして、本実施形態においては、この第二マスク膜５０に対してイオンミリング加工を施すことにより、第二マスク膜５０を食刻し、微細凹部５１を略同幅のまま模型材１０の表面に到達させる（図２（ｂ））。ここで、イオンミリング加工とは、Aｒイオン等からなるイオンビーム７０を対象物に照射することにより、対象物を食刻する加工方法のことであり、このイオンミリング加工によれば対象物は厚さ方向に食刻されるが、幅方向にはほとんど食刻されない。このような加工特性から、イオンビーム７０を第二マスク膜５０に照射すると、第二マスク膜５０を厚さ方向に略一様に食刻し、微細凹部５１を略同幅のまま模型材１０の表面に到達させることが可能となる。
なお、この後の模型材１０に対するエッチング加工の工程は、上記第一の実施形態と同様であるので、これについても説明は省略する。

以上、本発明の第二の実施形態について説明した。上記第一、第二の実施形態においては、レジスト３０をエッチングマスクとして第一マスク膜２０にエッチング加工を施すことにより、第一マスク膜２０にマスクパターンを形成した。しかし、他の方法によっても、微細溝４０からなるマスクパターンを有する第一マスク膜２０を形成することは可能である。以下、その形成方法について説明する。

ここではまず、アルミ膜６０を用意し、このアルミ膜６０を酸性電解液中で陽極酸化、つまりアルミ膜６０を陽極として用いて酸性電解液の電気分解を行う。このように、アルミ膜６０を酸性電解液内で陽極酸化すると、まずアルミ膜６０の表面に酸化被膜が形成され、この酸化被膜には酸の作用により表面に規則性の高い配列状の凹部が形成される。そしてさらに電気分解を続けると、この凹部の形成が促進されてアルミ膜６０を浸食し、最終的にアルミ膜６０に規則性の高い配列状の微細孔６１、６１が形成されることがわかっている。
この微細孔６１、６１の大きさ、配列間隔などは印加電圧や電解液の種類、濃度等を変更することにより制御可能であることから、ここでは陽極酸化により、反射防止格子１２に対応した微細孔６１、６１からなるホールパターンをアルミ膜６０に形成する。

そして、このような微細孔６１、６１からなるホールパターンが形成されたアルミ膜６０を模型材１０上に配置し（図３（ａ））、このアルミ膜６０の上から二酸化ケイ素、クロム等からなる第一マスク膜２０を成膜する（図３（ｂ））。そして、第一マスク膜２０を成膜した後、アルミ膜６０を剥離させると、アルミ膜６０上に成膜された第一マスク膜２０も一緒に除去され、模型材１０上にはアルミ膜６０の微細孔６１、６１に対応する部分にのみ第一マスク膜が残存し、その結果、反射防止格子１２に対応した微細溝４０からなるマスクパターンを有する第一マスク膜２０が形成される（図３（ｃ））。

このように、微細孔６１、６１からなるホールパターンが形成されたアルミ膜６０を用いて微細溝４０からなるマスクパターンを有する第一マスク膜２０を形成することにより、塗布装置によるレジストの塗布、露光装置による原画パターンの描画、また現像装置による原画パターンの現像という工程が不要となり、反射防止格子１２の形成工程を簡略化することが可能となる。
なおここでは、微細孔６１、６１からなるホールパターンを形成したアルミ膜６０を模型材１０上に配置することとしたが、先に模型材１０上にアルミ膜６０を成膜し、アルミ膜６０と共に模型材１０を酸性電解液中に浸し、アルミ膜６０を陽極酸化することにより、アルミ膜６０に微細孔６１、６１からなるホールパターンを形成するようにしてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明した。上記実施形態においては、光学部材の模型材の表面に反射防止格子を形成する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれ以外にも、基材の表面に微細格子を形成する場合には広く適用可能である。

本発明の第一の実施形態における模型材に反射防止格子の形成工程を示す図である。 本発明の第二の実施形態における模型材に反射防止格子の形成工程を示す図である。 陽極酸化したアルミ膜を用いて第一マスク膜を形成する工程を示す図である。

符号の説明

１０ 模型材
１１ 傾斜溝
１２ 反射防止格子
２０ 第一マスク膜
３０ レジスト
４０ 微細溝
５０ 第二マスク膜
５１ 微細凹部
６０ アルミ膜
６１ 微細孔
７０ イオンビーム

Claims (4)

1. 基材の表面にエッチング加工により微細格子を形成する微細格子作製方法において、
   上記基材の表面に上記微細格子に対応したパターンの微細溝を有する第一マスク膜を形成する工程と、
   上記第一マスク膜上に該第一マスク膜の微細溝の位置に該微細溝よりも幅狭の微細凹部を有する第二マスク膜を形成する工程と、
   上記第二マスク膜にエッチング加工を施して該第二マスク膜を食刻し、上記微細凹部を略同幅のまま上記基材表面に到達させる工程と、
   上記第二マスク膜を食刻して露出した基材にエッチング加工を施して上記微細凹部下部の上記基材を食刻し上記微細格子を形成する工程とを有することを特徴とする微細格子作製方法。
2. 上記第二マスク膜を二酸化ケイ素により形成し、該二酸化ケイ素からなる第二マスク膜にドライエッチング加工を施して該第二マスク膜を食刻し、上記微細凹部を略同幅のまま上記基材表面に到達させることを特徴とする請求項１記載の微細格子作製方法。
3. 上記第二マスク膜にイオンミリング加工を施して該第二マスク膜を食刻し、上記微細凹部を略同幅のまま上記基材表面に到達させることを特徴とする請求項１記載の微細格子作製方法。
4. 陽極酸化により上記微細格子に対応した複数の微細孔からなるホールパターンを形成した金属膜を基材上に配置し、又は基材上で形成し、該金属膜上に薄膜を成膜した後に上記金属膜を除去して上記微細溝を有する第一マスク膜を形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の微細格子作製方法。

Images