JP2006003493A

JP2006003493A - 形状転写方法

Info

Publication number: JP2006003493A
Application number: JP2004177912A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Kadomatsu; 潔門松; Yoshihisa Arai; 義久新井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2004-06-16
Filing date: 2004-06-16
Publication date: 2006-01-05

Abstract

【課題】精度の高い光学素子を製造することができる形状転写方法を提供する。
【解決手段】基板上のレジスト層に所定の立体形状を作成し、そのレジスト層に作成された形状を、複数のガスを使用するドライエッチング法によって基板に転写する形状転写方法において、レジスト層に作成された形状の計測値と基板に転写される形状の目標値とに応じて、レジスト層のエッチングレートと基板のエッチングレートとの比である選択比求め、この選択比に対応するガス流量比を予め取得した複数の曲線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３から求め、その流量比のガスを使用してドライエッチングを行うようにした。
【選択図】図２

Description

この発明はレジスト層に作成された立体形状をドライエッチング法によって基板に転写する形状転写方法に関する。

従来、この種の形状転写方法として、特開２０００−１０７２０９号公報及び特開２００３−３９３８４６号公報に開示されたものが知られている。

前者の方法は次の通りである。まず、主平面方向に複数段階の透過率を有するグレースケールマスクを使用してレジスト層を露光した後、現像することにより、所望のマイクロレンズに対応した立体形状にレジスト層を形成する。次に、ドライエッチングによってレジスト層に形成された立体形状を光学基板に転写する。

後者の方法は次の通りである。まず、基板上に形成すべきパターンの形状に応じて、そのパターンに対応する各場所でのエッチング選択比を求める。次に、このエッチング選択比を元に、レジストパターンの形状を決定し、そのレジストパターンを与えるようなグレースケールマスクパターンを決定する。その後、このグレースケールマスクを使用してレジストパターンを形成し、それをドライエッチングにより光学基板に転写する。
特開２０００−１０７２０９号公報特開２００３−３９３８４６号公報

特開２０００−１０７２０９号公報の方法では、事前に光学基板とレジスト層とのエッチング選択比（一定の値）を実験によって求め、そのエッチング選択比を使用してドライエッチングする。しかし、エッチング中にレジスト層と光学基板とは温度上昇によって変形し、レジスト層と光学基板との面積比が時間とともに変化するため、エッチング選択比が変化し、加工誤差が生じる。

また、特開２００３−３９３８４６号公報の方法でも、レジストパターン形状にばらつきが生じるので、一定の選択比でドライエッチングを行なった場合、加工誤差が生じる。

以上のように、上記いずれの方法にも精度の高いマイクロレンズを製造することができないという問題がある。

この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題は精度の高い光学素子を製造することができる形状転写方法を提供することである。

前述の課題を解決するため請求項１記載の発明は、基板上のレジスト層に所定の立体形状を作成し、そのレジスト層に作成された形状を、複数のガスを使用するドライエッチング法によって前記基板に転写する形状転写方法において、前記レジスト層に作成された形状の計測値と前記基板に転写される形状の目標値とに応じて、前記レジスト層のエッチングレートと前記基板のエッチングレートとの比を求め、この比に対応するガス流量比を予め取得したデータから求め、その流量比のガスを使用して前記ドライエッチングを行うことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の形状転写方法において、前記データは、予め把握された前記複数のガスの流量比と、データ取得用レジスト層のエッチングレート及びデータ取得用基板のエッチングレートの比との相関関係であることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の形状転写方法において、前記基板の材料は石英であり、前記複数のガスが酸素系ガスとフルオロカーボン系ガスとであることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載の形状転写方法において、前記基板の材料は石英であり、前記複数のガスが酸素系ガスとハイドロフルオロカーボン系ガスとであることを特徴とする。

この発明の形状転写方法によれば、精度の高い光学素子を製造することができる。

以下この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１はグレースケールマスクを使用したマイクロレンズの製造方法の一例を示す図である。

まず、石英からなる基板１０上にレジスト層２０を形成する。このとき、レジスト層２０としてはポジ型のものが使用される（図１（Ａ）参照）。

次に、グレースケールマスク３０の上方に投影光学系（図示せず）を配置し、グレースケールマスク３０を介してレジスト層２０に光を照射して、レジスト層２０上にグレースケールマスク３０の像を投影し、レジスト層２０を露光する（図１（Ｂ）参照）。図１（Ｂ）において、凸形のマイクロレンズを形成する場合、グレースケールマスク３０のハッチングを施した部分が円形のマスク部である。マスク部の周辺部から中心に行くにしたがって光の透過率が低くなる。グレースケールマスク３０のハッチングを施していない部分は透明である。

その後、露光されたレジスト層２０を現像する。このとき、強く光の照射を受けた部分の除去量は多く、弱く光の照射を受けた部分の除去量は少ないため、図１（Ｃ）に示すマイクロレンズに対応する立体形状（凸部２０ａ）がレジスト層２０に形成される。

最後に、レジスト層２０と基板１０とを複数のガスを用いて同時にドライエッチングする。その結果、レジスト層２０が除去され、レジスト層２０に形成された立体形状（凹凸形状）が基板１０に転写される。このようにして、基板１０の表面にマイクロレンズ１０ａが形成される（図１（Ｄ）参照）。

上記ドライエッチングは以下のようにして求められた選択比及びガス流量比で行なわれる。ドライエッチングはＩＣＰ（誘導結合プラズマ）エッチング装置で行った。エッチングガスはＡｒガスの他にエッチングの選択比に大きな影響を与える複数のガスからなる。

複数のガスとして、Ｏ₂ガス（酸素系ガス）及びＣＨＦ₃ガス（フルオロカーボン系ガス）を用いた。

図２は流量比と選択比との関係を示す図である。

図２において、縦軸及び横軸はそれぞれ選択比（基板のエッチングレートとレジスト層のエッチングレートとの比）及びマイクロレンズの径方向の寸法（単位：μｍ）を示す。

曲線Ｃ１、Ｃ２及びＣ３はＯ₂ ／ＣＨＦ₃ガス流量比（パラメータ）をそれぞれ０．１９０、０．２００及び０．２１０としたときのものである。

曲線Ｃ１、Ｃ２及びＣ３は予め用意した同じ材料の基板に所定のレンズ形状としたレジストを形成してドライエッチングをして得られたデータであり、実際製造する製品用基板に対してドライエッチングを行う前に取得されたものである。図２からＯ₂ ／ＣＨＦ₃ガス流量比が高くなると選択比が低くなることがわかる。

図１（Ａ）及び（Ｂ）の工程の後、レジスト現像液に浸してレジスト層２に形成する（図１（Ｃ）参照）。

レジスト層２０の凸部２０ａの頂点の高さと凸部２０ａの径方向の任意の位置の高さとの差をａ（計測値）、レジスト層２０の凸部２０ａの径方向の任意の位置の高さとその任意の位置におけるマイクロレンズ（基板に製造すべきマイクロレンズ）の凸部の高さとの差をｂ（目標値）としたとき、選択比はｂ／ａで表される。選択比はマイクロレンズの径方向の複数の位置で求められる。ａはレジスト層２０に形成された凸部２０ａの断面形状（高さ）を計測して得られる。

得られた選択比は図２の曲線Ｃ４として表される。

更に、この得られた選択比に対応するＯ₂ ／ＣＨＦ₃ガス流量比を予め取得された曲線Ｃ１、Ｃ２及びＣ３に基づいて求める。曲線Ｃ１、Ｃ２及びＣ３を参照して求められた最適なＯ₂ ／ＣＨＦ₃ガス流量比は０．１９８であった。すなわち、製造すべきマイクロレンズの形状に最も近い形状を得るにはガス流量比を０．１９８とすればよいことがわかった。

０．１９８及び０．２００のガス流量比でドライエッチングを行ったときのそれぞれの形状誤差（高さ方向の寸法誤差）を調べた。

図３はガス流量比と形状誤差との関係を示す図である。

図３において、縦軸及び横軸はそれぞれ形状誤差（単位：ｎｍ）及びマイクロレンズの径方向の寸法（単位：μｍ）を示す。

図３において、実線Ｃ５及び破線Ｃ６はそれぞれガス流量比が０．１９８及び０．２００のときのものである。

図３から、ガス流量比が０．１９８のときには、ガス流量比が０．２００のときより形状誤差が小さくなっていることがわかる。

この実施形態によれば、最適な流量比のガスを用いてドライエッチングが行われるので、精度の高いマイクロレンズを製造することができる。

なお、上記実施形態では酸素系ガスとしてＯ₂ ガスを用いたが、これに代えてＣＯやＣＯ₂ 等を用いてもよい。また、フルオロカーボン系ガスとしてＣＨＦ₃ ガスを用いたが、これに代えてＣ₂Ｆ₆、Ｃ₃ Ｆ₈、Ｃ₄Ｆ₆ 等を用いてもよい。更に、フルオロカーボン系ガスに代えてハイドロフルオロカーボン系ガス（ＣＨＦ₃ 、ＣＨ₂Ｆ₂等）を用いてもよい。

また、エッチング方式はＩＣＰエッチングに限られるものではなく、例えば反応性イオンエッチング等であってもよい。

更に、マイクロレンズ以外の光学素子、例えばシリンドリカルレンズに対してもこの発明を同様に適用することができる。シリンドリカルレンズの場合、法線方向（シリンドリカルレンズの長手方向と直交する方向）がマイクロレンズの径方向に対応する。

図１はグレースケールマスクを使用したマイクロレンズの製造方法の一例を示す図である。図２は流量比と選択比との関係を示す図である。図３はガス流量比と形状誤差との関係を示す図である。

符号の説明

１０基板
２０レジスト層

Claims

基板上のレジスト層に所定の立体形状を作成し、そのレジスト層に作成された形状を、複数のガスを使用するドライエッチング法によって前記基板に転写する形状転写方法において、
前記レジスト層に作成された形状の計測値と前記基板に転写される形状の目標値とに応じて、前記レジスト層のエッチングレートと前記基板のエッチングレートとの比を求め、この比に対応するガス流量比を予め取得したデータから求め、その流量比のガスを使用して前記ドライエッチングを行うことを特徴とする形状転写方法。
前記データは、予め把握された前記複数のガスの流量比と、データ取得用レジスト層のエッチングレート及びデータ取得用基板のエッチングレートの比との相関関係であることを特徴とする請求項１記載の形状転写方法。
前記基板の材料は石英であり、前記複数のガスが酸素系ガスとフルオロカーボン系ガスとであることを特徴とする請求項１又は２記載の形状転写方法。
前記基板の材料は石英であり、前記複数のガスが酸素系ガスとハイドロフルオロカーボン系ガスとであることを特徴とする請求項１又は２記載の形状転写方法。