JP2007025305A - Method for manufacturing resist pattern, method for manufacturing substrate surface pattern, method for manufacturing mold, and method for manufacturing molded product - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レジストパターンの製造方法、基板表面パターンの製造方法、型の製造方法、及び被成形物の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a resist pattern, a method for producing a substrate surface pattern, a method for producing a mold, and a method for producing a molding.
マイクロレンズ製造方法の一つとして、フォトレジストを露光し、その露光パターンに対応するマイクロレンズを製造する方法が一般的に用いられるようになってきている。このような方法の一つとして、フォトレジストを2値化パターンで露光して現像し、円筒状の凸部を有するレジスト形状を形成し、熱リフローによりレジストの表面形状を球面状にする方法がある。しかし、この方法では、球面形状は作りやすいが非球面形状は作りにくい。 As one of the microlens manufacturing methods, a method of exposing a photoresist and manufacturing a microlens corresponding to the exposure pattern has been generally used. As one of such methods, there is a method in which a photoresist is exposed and developed with a binarized pattern to form a resist shape having a cylindrical convex portion, and the surface shape of the resist is made spherical by thermal reflow. is there. However, with this method, it is easy to make a spherical shape, but it is difficult to make an aspheric shape.
非球面レンズを製造するためには、グレースケールマスクを使用してフォトレジストを露光して現像し、グレースケールマスクのグレー度(光透過率)に応じた凹凸形状を有する非球面レンズを製造する方法が用いられる。しかしながら、グレースケールマスクのグレー度はある範囲内に限られている。グレー度が下限値未満となると、グレースケールマスクの開口率が小さくなって製作誤差が大きくなるという問題がある。又グレー度が上限値を超えると、隣の開口を通過した光との重なりが発生し、グレー度が不正確になるという問題点がある。 In order to manufacture an aspherical lens, a photoresist is exposed and developed using a grayscale mask, and an aspherical lens having an uneven shape corresponding to the gray degree (light transmittance) of the grayscale mask is manufactured. The method is used. However, the gray level of the gray scale mask is limited to a certain range. When the gray level is less than the lower limit, there is a problem that the aperture ratio of the gray scale mask is reduced and the manufacturing error is increased. Further, when the gray level exceeds the upper limit value, there is a problem in that the gray level becomes inaccurate due to an overlap with the light passing through the adjacent opening.
近年、大きなSAG量で形状精度の高いマイクロレンズへの要求が高まってきている。そこで、グレースケールマスクの光量分布に対応して精度良く形状が形成できるという理由からポジ型レジストを使用している。しかしながら、グレースケールマスクを使用した場合、前述のようにグレー度の範囲が限定されているので、露光時に付けられるコントラストの比が限定されるという問題点がある。同じコントラスト比のグレースケールマスクでSAG量を大きくするためには、露光量を大きくするか、露光を複数回に分けて行えばよい。 In recent years, there has been an increasing demand for microlenses with high SAG content and high shape accuracy. Therefore, a positive resist is used because the shape can be formed with high accuracy corresponding to the light quantity distribution of the gray scale mask. However, when a gray scale mask is used, the range of the gray degree is limited as described above, so that there is a problem that the ratio of contrast applied at the time of exposure is limited. In order to increase the SAG amount with a gray scale mask having the same contrast ratio, the exposure amount may be increased or the exposure may be performed in multiple steps.
しかしながら、露光量を大きくすると、ポジ型レジストのフォトレジスト内に含まれるN2が気化し、発泡するという問題点がある。図5はこの例を示す図である。図5は、ポジ型フォトレジストを88μmの厚さに塗布し、グレースケールマスクのグレー度をある範囲に設定して露光し、現像を行ってマイクロレンズを製造した場合のSAG量とトップの膜べり量と、露光量(露光時間)との関係を示したものである。レンズの頂上に対応する位置での膜べり量は、グレースケールマスクのグレー度が最低となるの部分に対応する部分が現像されて失われる量を示している。 However, when the exposure amount is increased, there is a problem that N 2 contained in the positive resist photoresist is vaporized and foamed. FIG. 5 is a diagram showing this example. FIG. 5 shows the amount of SAG and top film when a positive type photoresist is applied to a thickness of 88 μm, the gray level of the gray scale mask is set within a certain range, exposed, and developed to produce a microlens. The relationship between the amount of sliding and the exposure amount (exposure time) is shown. The amount of film slip at the position corresponding to the top of the lens indicates the amount lost by developing the portion corresponding to the portion of the gray scale mask having the lowest gray degree.
図5を見ると、露光量(露光時間)が14000msを超えると発泡現象が発生する。よって、このグレースケールマスクとフォトレジストを使用した場合、製造可能なマイクロレンズの最大SAG量は、約60μmに限定される。 Referring to FIG. 5, when the exposure amount (exposure time) exceeds 14000 ms, a foaming phenomenon occurs. Therefore, when this gray scale mask and photoresist are used, the maximum SAG amount of the microlens that can be manufactured is limited to about 60 μm.
このような発泡現象は、露光を複数回に分けて行った場合においても、総露光量が所定値を超えると発生する。これは、発泡現象がフォトレジストに蓄積されるエネルギーによって決定されるためであると考えられる。 Such a foaming phenomenon occurs when the total exposure amount exceeds a predetermined value even when the exposure is performed in a plurality of times. This is presumably because the foaming phenomenon is determined by the energy accumulated in the photoresist.
以上は、グレースケールマスクを用いてマイクロレンズを製造する例について説明したが、2値化パターンを有するマスクを用いてフォトレジストを露光する場合でも同じことが言える。すなわち、形成される凹凸パターンの段差を大きくするためには、露光量を大きくする必要があるが、前述のような発泡現象のため、露光量には制限があり、従って、フォトレジストに形成できる凹凸パターンの段差の大きさには限界がある。 The above describes an example of manufacturing a microlens using a gray scale mask, but the same can be said when a photoresist is exposed using a mask having a binarized pattern. That is, in order to increase the level difference of the concavo-convex pattern to be formed, it is necessary to increase the exposure amount. However, because of the foaming phenomenon as described above, the exposure amount is limited, and therefore can be formed in a photoresist. There is a limit to the size of the step of the concavo-convex pattern.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、段差の大きなレジストパターンを製造する方法、及び、このレジストパターンを使用した基板表面パターンの製造方法、型の製造方法、及び被成形物の製造方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and a method of manufacturing a resist pattern having a large step, a method of manufacturing a substrate surface pattern using the resist pattern, a method of manufacturing a mold, and a molded object It is an object to provide a manufacturing method.
前記課題を解決するための第1の手段は、基板上に塗布されたポジ型のフォトレジストを露光パターンに露光して現像し、前記露光パターンに対応した凹凸形状を形成するレジストパターンの形成方法であって、露光パターンの露光と現像とを、複数回繰り返し行うことを特徴とするレジストパターンの製造方法である。 A first means for solving the above problems is a resist pattern forming method in which a positive photoresist applied on a substrate is exposed to an exposure pattern and developed to form an uneven shape corresponding to the exposure pattern. In the resist pattern manufacturing method, exposure and development of the exposure pattern are repeatedly performed a plurality of times.
発明者は、露光パターンの露光と現像とを、複数回繰り返し行うことにより、総露光量として大きな露光量で露光しても、フォトレジストの発泡現象が発生しないことを見いだした。この理由は明らかではないが、ポジ型フォトレジストの場合、大きな露光量を受けた部分が現像により除去されるので、複数回の露光を行う場合でも、現像を行わないで複数回露光する場合に比べて、実際にフォトレジストに蓄積されるエネルギーが小さくなるためであると推定される。これにより、発泡現象を避けながら、段差の大きなレジスト凹凸形状を得ることができる。なお、露光パターン(例えばグレースケールマスクのグレー度のパターン)は、毎回の露光において同じである必要がないことは言うまでもない。 The inventor has found that exposure of the exposure pattern and development are repeated a plurality of times, so that even if the exposure is performed with a large exposure amount as a total exposure amount, the foaming phenomenon of the photoresist does not occur. The reason for this is not clear, but in the case of a positive type photoresist, a portion that has received a large exposure amount is removed by development, so even when performing multiple exposures, when performing multiple exposures without performing development. In comparison, it is estimated that the energy actually stored in the photoresist is reduced. Thereby, it is possible to obtain a resist uneven shape having a large level difference while avoiding the foaming phenomenon. Needless to say, the exposure pattern (for example, the gray degree pattern of the gray scale mask) does not have to be the same in each exposure.
前記課題を解決するための第2の手段は、前記第1の手段であって、前記露光パターンがグレースケールマスクを使用して形成されたものであり、前記凹凸形状がマイクロレンズ形状であることを特徴とするものである。 The second means for solving the problem is the first means, wherein the exposure pattern is formed using a gray scale mask, and the uneven shape is a microlens shape. It is characterized by.
本手段によれば、大きなSAG量を有するマイクロレンズを精度良く製造することができ、特に非球面レンズの製造方法として有効である。 According to this means, a microlens having a large SAG amount can be manufactured with high accuracy, and is particularly effective as a method for manufacturing an aspheric lens.
前記課題を解決するための第3の手段は、前記第1の手段又は第2の手段であるレジストパターンの製造方法によりレジストパターンを形成した後、前記フォトレジストと前記基板を同時にエッチングして、前記レジストパターンを基板に転写する工程を有することを特徴とする基板表面パターンの製造方法である。 The third means for solving the problem is to form a resist pattern by the resist pattern manufacturing method as the first means or the second means, and then simultaneously etch the photoresist and the substrate, A method for producing a substrate surface pattern comprising the step of transferring the resist pattern to a substrate.
本手段によれば、大きな段差の大きな凹凸形状を有する基板表面パターンを製造することができる。 According to this means, a substrate surface pattern having a large uneven shape with a large step can be manufactured.
前記課題を解決するための第4の手段は、前記第1の手段又は第2の手段のレジストパターンの製造方法により製造された前記レジストパターンにより、型の転写面を構成することを特徴とする型の製造方法である。 A fourth means for solving the above-mentioned problem is characterized in that a transfer surface of a mold is constituted by the resist pattern manufactured by the resist pattern manufacturing method of the first means or the second means. This is a mold manufacturing method.
本手段によれば、大きな段差の大きな凹凸形状の転写面を有する型を製造することができる。 According to this means, it is possible to manufacture a mold having a transfer surface having a large unevenness with a large step.
前記課題を解決するための第5の手段は、前記第1の手段又は第2の手段のレジストパターンの製造方法によりレジストパターンを形成した後、前記フォトレジストと前記基板を同時にエッチングして、前記レジストパターンを基板に転写する工程を有することを特徴とする型の製造方法である。 According to a fifth means for solving the above problem, after forming a resist pattern by the method for producing a resist pattern of the first means or the second means, the photoresist and the substrate are simultaneously etched, A mold manufacturing method comprising a step of transferring a resist pattern to a substrate.
本手段によれば、大きな段差の大きな凹凸形状の転写面を有する型を製造することができる。 According to this means, it is possible to manufacture a mold having a transfer surface having a large unevenness with a large step.
前記課題を解決するための第6の手段は、前記第4の手段又は第5の手段の型の製造方法によって製造された型の転写面を、被成形物に転写する工程を有することを特徴とする被成形物の製造方法である。 A sixth means for solving the above-described problems includes a step of transferring a transfer surface of a mold manufactured by the mold manufacturing method of the fourth means or the fifth means to a molding object. It is a manufacturing method of the to-be-molded object made into.
本発明によれば、表面に大きな段差の大きな凹凸形状被成形物を製造することができる。 According to the present invention, it is possible to produce a concavo-convex shaped article having a large step on the surface.
本発明によれば、形状精度が良く、段差の大きなレジストパターンを製造する方法、及び、このレジストパターンを使用した基板表面パターンの製造方法、型の製造方法、及び被成形物の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, there are provided a method for producing a resist pattern having good shape accuracy and a large level difference, a method for producing a substrate surface pattern using this resist pattern, a method for producing a mold, and a method for producing a molding. can do.
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図1は、本発明の実施の形態の1例であるマイクロレンズ(段差の大きなレジストパターン、このレジストパターンを使用した基板表面パターン)、マイクロレンズ用型、型母材の製造方法の概要を説明するための図である。 Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 illustrates an outline of a manufacturing method of a microlens (resist pattern having a large step, a substrate surface pattern using this resist pattern), a microlens mold, and a mold base material, which is an example of an embodiment of the present invention. It is a figure for doing.
まず、石英やガラスで形成された基板(光学基材)1の上にポジ型のレジスト2を塗布する(a)。レジストとしてポジ型レジストを使用する理由は、前述のように、露光の際の光量の分布と現像後のレジスト形状の対応関係が、ポジ型レジストの方がネガ型レジストに対して良好であるからである。そして、グレースケールマスク3を用いてレジスト2を感光させる。このときの露光量は、レジスト2が発泡しない範囲の露光量とする(b)。そして、レジスト2を現像する(c)。次に、同じグレースケールマスク4を用意し、これを用いて、レジスト2を再び感光させる。このときの露光量も、レジスト2が発泡しない範囲の露光量とする(d)。そして、再びレジスト2を現像する(e)。このようにして、目的とする大きなSAG量を有する、レジスト2からなるマイクロレンズを形成する。なお、以上の説明において、レジスト2の露光と現像を2回に分けて行ったが、3回以上に分けて行うこともできる。
この状態で、レジスト2をマイクロレンズとして使用するか、マイクロレンズ用の型、又は母型として使用することもできる。
First, a
In this state, the
(e)の状態で目標形状のレジスト2が得られた場合、さらに、このレジスト2と基板1とを同時にドライエッチングしてレジスト2を除去し、レジスト2のパターンを基板1に転写して、表面にマイクロレンズアレイの形状を有する基板1を得るようにすることができる(f)。このとき、基板1とレジスト2のエッチングレートの違いにより、レジスト2のパターン形状と基板1の表面のパターン形状は等しくならないが、基板1の表面に目的とするパターン形状が得られるように、レジスト2のパターン形状を決定しておく。以上の工程により、基板1の表面にレンズ形状が形成されたマイクロレンズアレイが完成する。基板1をマイクロレンズとして使用せず、マイクロレンズ用の型、又は母型として使用してもよい。型、又は母型として使用する場合には、基板1は光学部材で製造する必要はない。
When the
以上のようにして得られた(e)の形状を有するもの、又は(f)の形状を有するものを、マイクロレンズとして使用せず、マイクロレンズ用の型、又は母型材として使用する工程の例を図2に示す。図2に示す例においては、図1(f)に示された、表面にマイクロレンズ形状が形成された基板1を型又は母型材として使用している。
An example of a process in which the above-obtained shape (e) or (f) shape is not used as a microlens but is used as a microlens mold or a matrix material. Is shown in FIG. In the example shown in FIG. 2, the
図2において、このような型5の上に、ディスペンサ等により紫外線硬化型樹脂6を載置し、石英基板等からなる定盤7により上から圧力をかけて成型する。そして、定盤7を介して紫外線を照射し、紫外線硬化型樹脂6を硬化させる(a)。その上で、型5と定盤7から紫外線硬化型樹脂6を剥離すると、マイクロレンズ8が完成する(b)。このようにして、一つの型5から、多数の樹脂製マイクロレンズを製造することができる。
In FIG. 2, an ultraviolet
型5を母型材として使用する場合には、硬化した紫外線硬化型樹脂6が型となる。石英等からなる定盤11の上に、ディスペンサ等により紫外線硬化型樹脂10を載置し、硬化した紫外線硬化型樹脂6からなる型9により上から圧力をかけて成型する。そして、定盤11を介して紫外線を照射し、紫外線硬化型樹脂10を硬化させる(c)。その上で、型9と定盤11から紫外線硬化型樹脂10を剥離すると、マイクロレンズ12が完成する(d)。
When the mold 5 is used as a matrix material, the cured ultraviolet
図1に示すような工程により、レジストを用いたマイクロレンズの製造を行った。
(1)ガラス基板にスピンナを用いてポジ型レジストを塗布後、ソフトベイクを行った。この工程を2回繰り返しレジスト厚を87.5μmとした。
(2)グレースケールマスクを用いて露光を行った。露光量は目的とするSAG量を得るための総露光量の半分とし、ただしレジストに発泡が起きない範囲とした。その後、露光後現像液の中に露光された基板を入れ、現像を行った。現像されたレジストは紫外線があたらないように保管した。
(3)再び、グレースケールマスクを用いて露光を行った。露光量は目的とするSAG量を得るための総露光量の半分とし、ただしレジストに発泡が起きない範囲とした。その後、露光後現像液の中に露光された基板を入れ、現像を行った。
A microlens using a resist was manufactured by a process as shown in FIG.
(1) After baking a positive resist on a glass substrate using a spinner, soft baking was performed. This process was repeated twice to make the resist thickness 87.5 μm.
(2) The exposure was performed using a gray scale mask. The exposure amount was set to a half of the total exposure amount for obtaining the target SAG amount, but within a range where foaming did not occur in the resist. Thereafter, the exposed substrate was placed in a developing solution after exposure, and development was performed. The developed resist was stored so as not to be exposed to ultraviolet rays.
(3) Exposure was again performed using a gray scale mask. The exposure amount was set to a half of the total exposure amount for obtaining the target SAG amount, but within a range where foaming did not occur in the resist. Thereafter, the exposed substrate was placed in a developing solution after exposure, and development was performed.
図3に、第1回目の露光と現像後にサンプルとして取り出したものと、第2回目までの露光と現像を行ったものの、露光量(1回当たり)とSAG量の関係を示す。いずれの露光も、レジストの発泡現象が発生しない14000ms以下の露光時間で行われている。これによると、露光と現像を2回に分けて行った場合、80μmに近いSAG量が得られている。図5に示すように、1回の露光では、発泡現象のためにSAG量の最大値が60μmに制限されるのに対して、大きなSAG量を得ることができる。 FIG. 3 shows the relationship between the amount of exposure (per one time) and the amount of SAG for samples taken out after the first exposure and development and those subjected to the exposure and development up to the second time. Both exposures are performed with an exposure time of 14000 ms or less in which the resist foaming phenomenon does not occur. According to this, when exposure and development are performed twice, a SAG amount close to 80 μm is obtained. As shown in FIG. 5, in one exposure, the maximum value of the SAG amount is limited to 60 μm due to the foaming phenomenon, whereas a large SAG amount can be obtained.
1回だけ露光・現像を行った場合と2回に分けて露光・現像を行った婆合いのレジストのγ特性の変化を調査した。その結果を図4に示す。図4において、細線が1回だけの露光・現像におけるのγ特性、太線が2回に分けて露光・現像を行った婆合いのγ特性を示す。図から分かるように、2回に分けて行った方が1回だけの場合よりも膜べり量が大きく、かつ、γ特性の傾きが大きい。これは、第2回目の露光においては、特に第1回目の露光・現像で膜べりが大きかった部分でレジストの厚さが薄くなっているため、紫外線の通過距離が短くなり、途中減衰することなく有効に働くため、2回に分けて露光・現像を行えば、総合的なγ特性が大きくなるためと推定される。この性質を利用すれば、小さなグレー度の変化で大きな膜べりを発生させることができ、SAG量を大きくするのに効果がある。 The changes in the γ characteristics of the resists that were exposed and developed only once and the two resists that were exposed and developed separately were investigated. The result is shown in FIG. In FIG. 4, the γ characteristic in exposure / development in which the thin line is only one time, and the γ characteristic in the case where the exposure / development is performed in two divided lines are shown. As can be seen from the figure, the amount of film slippage is larger and the slope of the γ characteristic is larger when the process is divided into two times than when it is performed only once. This is because, in the second exposure, the thickness of the resist is reduced particularly in the portion where the film was severed in the first exposure / development, so that the ultraviolet ray passing distance is shortened and attenuated in the middle. It is presumed that if the exposure / development is performed in two steps, the overall γ characteristics will be increased. If this property is utilized, a large film slip can be generated with a small change in gray level, which is effective in increasing the SAG amount.
以上の実施の形態の説明においては、マイクロレンズやその型の製造方法を例として説明したが、本発明は、このような応用範囲に限られるものではなく、例えば2値化された凹凸パターンの形成等、あらゆる凹凸パターンを形成する際に、その段差(最高値と最低値の差)を、1回の露光・現像で形成可能な範囲よりも大きくするために有効である。なお、2回目以降に使用するグレースケールマスクは、第1回目と別のものでもよい。 In the above description of the embodiment, the microlens and the method for manufacturing the mold have been described as examples. However, the present invention is not limited to such an application range, and for example, a binarized uneven pattern is formed. It is effective to make the level difference (difference between the maximum value and the minimum value) larger than the range that can be formed by one exposure / development when forming any uneven pattern such as formation. Note that the grayscale mask used for the second and subsequent times may be different from the first one.
1…基板、2…レジスト、3…グレースケールマスク、4…グレースケールマスク、5…型、6…紫外線硬化型樹脂、7…定盤、8…マイクロレンズ、9…型、10…紫外線硬化型樹脂、11…定盤、12…マイクロレンズ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
6. A method for manufacturing a molding, comprising a step of transferring a transfer surface of a mold manufactured by the method for manufacturing a mold according to claim 4 or 5 to the molding.
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US8309000B2 (en) | 2008-01-24 | 2012-11-13 | Sony Corporation | Method for manufacturing microlens and method for manufacturing solid-state image sensor |
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