JP2008281765A - 凹凸構造物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の表面に許容誤差範囲内で凹凸構造を再現性よく形成できるようにする。
【解決手段】石英基板２の表面上に、形成する凹凸の高低差よりも大きい高低差をもつ凹凸構造のレジストパターン４ａを形成し、レジストパターン４ａをマスクにして石英基板２の表面を、目標とする高低差よりも１０％程度大きいエッチング量をエッチング装置に設定してドライエッチングをする（第１エッチング処理工程）。１回目のドライエッチングにより石英基板２の表面に形成された凹凸の凸部２ａと凹部２ｂの高低差を測定し、目標高低差との差を算出する（計測工程）。石英基板２の表面の凹部２ｂの底面を被い凸部２ａが開口したレジスト層６を形成し、そのレジスト層６をマスクにして、前の計測工程で算出した現時点での凹凸の高低差と目標高低差との差をエッチング量の設定値として凸部２ａの頂面のみをドライエッチングする（第２エッチング処理工程）。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板の表面に矩形断面をもつ回折格子や台形断面をもつ表面無反射構造物などの物品を製造する方法に関するものである。

近年、光源から出射した光束を光記録媒体上の記録面に照射し、この記録面によって反射された戻り光束を受光手段により受光しつつ情報の記録、消去または再生を行う光ピックアップが知られており、例えばＣＤ系の光情報処理装置や、ＤＶＤ系の光情報処理
装置等に応用されている。

光記録媒体においては記録密度の高密度化の要望が高く、発振波長λが４００ｎｍ程度の光源と開口数（ＮＡ）が０.８５又は０.６５程度の対物レンズとを用いた２つの規格が提案されている。一方は、青色波長領域の光源とＮＡ０.８５の対物レンズを用いて２２ＧＢ相当の容量確保を満足する規格「Ｂlu-ray Ｄisc（以下、ＢＤという）」であり、他方は、青色波長領域の光源を用いるが、ＮＡ０.６５の対物レンズを用いて２０ＧＢ相当の容量確保を満足する規格「ＨＤ−ＤＶＤ（以下、ＨＤという）」である。これら両規格は、現行のＤＶＤ（ＮＡ＝０.６，λ＝６５０ｎｍ）が記録容量４.７ＧＢであるのに対して大幅な大容量化を可能にしている。ＢＤは従来よりも短波長化、高ＮＡ化することによって大容量化を実現しており、ＨＤは高ＮＡ化の代わりに信号処理の工夫で線記録密度の向上を図る「ランド・グルーブ記録」の採用によって大容量化を実現している。

これらの光記録媒体に対して同一の光ピックアップでの記録又は再生を可能にすることが求められている。波長の異なる複数の光源を用いる互換型の光ピックアップにおいて、小型化、低コスト化を実現するためには、対物レンズを含めて、光学系を共通にすることが望ましい。このため、各規格の使用波長に応じた複数の光源を備えながら、同一の対物レンズで記録面へ必要な開口数により光束を収束する光ピックアップが提案されているが、各波長の光源は別々に設けられているために光ピックアップの部品点数が多く、光学系組付けのために調整すべき部分が多くなって生産性が低下するため、低コスト化や小型化を達成するには不向きな構成であった。
そこで、このような課題を解決するために複数の光源を１つのパッケージに組み込んだ光源モジュールが提案され、それによって小型化や低コスト化が図られている。

その代表的な一例として、同一パッケージ内に４０５ｎｍ、６６０ｎｍ、７８５ｎｍの３種類の波長の光束を発するマルチ半導体レーザ光源を搭載した光ピックアップが開示されている（非特許文献１参照。）。このようなマルチ半導体レーザ光源を用いれば、ＢＤ、ＨＤ、ＤＶＤ、ＣＤをほぼ同一の光路に集約することができ、光ピックアップの小型化、簡素化、低価格化に大きな効果が期待できる。

ところで、マルチ半導体レーザ光源を搭載した光ピックアップは見かけ上は１個の光源を具備しているように見えるが、実際には各波長の光束を発する光源がそれぞれ１００μｍ〜数１００μｍ程度離れて配置されたものである。そのため、この光ピックアップから出射された光束はその波長によって光軸がずれており、コリメートレンズ、対物レンズ、受光素子等の光学部品を全波長で共通に使用するためには、各波長の光束の光軸を一致させるための光軸補正素子が必要である。

光学部品に入射する光束の光軸が波長ごとに異なっている場合、それらの光束が集光光学系へ斜めに入射することになり、コマ収差が発生して入射スポットが劣化するという問題がある。また、同一の光検出面で光記録媒体を反射してきた光束を受光した場合に、受光した光束の波長によって光軸がずれているため、フォーカス誤差信号やトラッキング誤差信号などの必要なサーボ信号が劣化するという問題もある。各光束に対応した光検出器を複数個搭載したり、同一の検出器内においても各光源から発した光束ごとに別々の検出面を設けたりすることでそのような問題に対応することも可能ではあるが、そうすれば光検出器自体や検出用光学系が非常に複雑で高価なものになり、実用性が大きく損なわれてしまう。

光軸補正素子を備えたものの例としては、ＤＶＤとＣＤで使用する波長光束を出射するマルチ半導体レーザ光源と、その光源から出射される２種類の光束の光軸を補正するための光軸補正素子を備えた光ピックアップを挙げることができる（特許文献１，２を参照。）。

上述した光軸補正素子としては、表面に周期的な凹凸構造が形成された回折格子が一般的に用いられている。このような回折格子は、透明基板上に、形成する回折格子のパターンに対応したマスクパターンをフォトレジスト等を用いて形成し、そのマスクパターンをマスクにしてドライエッチング又はウェットエッチングすることによって形成するのが一般的である。

しかし上記の方法では、凹凸構造の高低差はエッチング量で制御する必要があるが、回折格子の凹凸構造の高低差における公差はエッチング装置のスペック（エッチング量の設定値に対して生じる誤差の割合）以下であり、高い歩留まりでそのような回折格子を製造することは困難であった。

この問題を解決する方法として、例えば以下の方法が提案されている（特許文献３参照。）。
まず、透明基板上に、形成する回折格子パターンの凹凸構造の高低差に対応した膜厚のエッチング防止膜を形成し、さらにその上に回折格子パターンに対応したマスクパターンを写真製版技術等を用いて形成する。そのマスクパターンをマスクにしてエッチング防止膜をエッチングすることにより回折格子パターンに対応したエッチング防止膜からなるマスク層を形成する。エッチング防止膜上に形成されていたマスクパターンを除去し、エッチング防止膜からなるマスク層の上からそのマスク層がなくなるまでエッチングしてエッチング防止膜からなるマスク層の形状を透明基板に転写する。

しかしこの方法では、凹凸構造が所望の高低差で再現性良く形成されるためには、透明基板上のマスクパターンで覆われていない領域のエッチング防止膜をエッチングして回折格子パターン状にする際に、エッチングされるべきエッチング防止膜のみがエッチングされ透明基板はまったくエッチングされないことが前提条件となっており、この工程で透明基板がエッチングされてしまうと、そのエッチングされた分だけ最終的な凹凸構造の高低差の誤差となる。そのため、エッチング防止膜のパターニング工程においても高精度なエッチング量の制御が要求される。また、エッチング防止膜のパターニング工程における透明基板のエッチングを防止するには透明基板に対するエッチング防止膜の選択性が良好でなければならないことから、透明基板の材質とエッチング防止膜の材質の組み合わせには制限がある。
同様の問題は、回折格子に限らず、微細な台形断面をもつ表面無反射構造物などの物品の製造工程でも生じている。
特開２００１−２１６６７７号公報 特開２００２−１１６３１４号公報 特開２００３−０７５６１９号公報 新井将之，日経エレクトロニクス誌，「Blu-ray Disc用光ヘッド、見えた究極の簡素化、３波長レーザの開発に成功」，日経ＢＰ社，2004.6.7，p.24-25

そこで本発明は、基板の表面に許容誤差範囲内の凹凸構造をもつ物品を再現性よく製造できるようにすることを目的とするものである。

本発明の凹凸構造物品の製造方法は、基板の一表面に凹凸構造を形成する凹凸構造物品の製造方法であって、基板表面に形成される凹凸の高低差が目標高低差よりも大きくなるように、凹部形成領域をエッチングする第１エッチング処理工程と、第１エッチング処理工程終了後の凹凸構造の高低差を計測し、その計測値と目標高低差との差を算出する計測工程と、第１エッチング処理工程で形成された凹凸構造の凹部の底面をエッチング防止膜で被い、凸部の頂面を露出させた状態で、計測工程で算出した差をエッチング量の設定値として凸部の頂面のみをエッチングする第２エッチング処理工程と、を順に含み、第１エッチング処理工程におけるエッチング量は、第２エッチング処理工程で生じるエッチング誤差の最大値が許容誤差範囲内となるように設定することを特徴とするものである。
「許容誤差範囲」は目標高低差と公差によって決定されるものであり、目標高低差をＬ、公差をｋ（ｋは０＜ｋ＜１を満たす定数。）とすれば、許容誤差範囲は[−ｋＬ〜＋ｋＬ]と表わすことができる。

凹凸構造の凸部と凹部との目標高低差をＬ、公差をｋ（ｋは０＜ｋ＜１を満たす定数。）、エッチング装置のスペックをａ（ａは０＜ａ＜１を満たす定数。）とした場合の第１エッチング処理工程におけるエッチング量の設定値Ｘは以下の関係式（１）を満たしていることが好ましい。なお、スペック“ａ”は、設定したエッチング量に対して生じる最大エッチング誤差の割合を示す定数である。
Ｌ／（１−ａ）≦Ｘ≦Ｌ（ｋ＋ａ）／（ａ＋ａ²） （１）

上記関係式（１）について説明する。
公差がｋであるから、実際に形成される凹凸構造の凸部と凹部との高低差Ａは、以下の関係式（２）を満たしていなければならない。
Ｌ−ｋＬ≦Ａ≦Ｌ＋ｋＬ （２）

第１エッチング処理工程におけるエッチング量の設定値をＸとすると、第１エッチング処理でのエッチング量Ｂは設定値Ｘに対して最大で“±ａＸ”の誤差を生じるから、
Ｘ−ａＸ≦Ｂ≦Ｘ＋ａＸ （３）
である。この“Ｂ”が第１エッチング処理工程終了後の凸部形成領域と凹部形成領域との高低差となる。

また、第１エッチング処理工程では、必ず目標高低差Ｌよりも深くエッチングする必要があるので、
Ｘ−ａＸ≧Ｌ、すなわち、
Ｘ≧Ｌ／（１−ａ） （４）
の関係も成立する。

次に、第２エッチング処理工程では第１エッチング処理工程終了後の凸部形成領域と凹部形成領域との高低差、すなわち第１エッチング処理工程における実際のエッチング量Ｂと目標高低差Ｌとの差をエッチング量として設定するのであるから、その設定値をＹとすれば、
Ｙ＝Ｂ−Ｌ （５）
と表わすことができる。

第２エッチング処理工程における実際のエッチング量Ｃは設定値Ｙに対して最大で“±ａＹ”の誤差を含むことになる。第２エッチング処理工程における最大エッチング誤差の絶対値“ａＹ”は、上記関係式（３），（５）より、
Ｂ＝Ｘ＋ａＸ （６）
のときに最大となる。第２エッチング処理工程で生じる最大エッチング誤差の絶対値“ａＹ”が最大許容誤差の絶対値“ｋＬ”以下であればよいのであるから、
ａＹ≦ｋＬ （７）
を満たせばよい。よって、上記関係式（５），（６），（７）より、
Ｘ≦Ｌ（ｋ＋ａ）／（ａ＋ａ²） （８）
の関係が成立する。
したがって、上記関係式（４）と（８）によって関係式（１）が導出される。

以上より、第１エッチング処理工程におけるエッチング量の設定値Ｘが上記関係式（１）を満たすことで、第２エッチング処理工程で凹凸構造の高低差の誤差を許容誤差範囲内にすることができる。

上記第１エッチング処理工程及び第２エッチング処理工程ではドライエッチングを用いることができるが、特にエッチング対象の基板がシリコン基板である場合にはドライエッチングの他、異方性のウェットエッチングも用いることができる。

本発明の凹凸構造物品形成方法の好ましい実施形態の一例は、第１エッチング処理工程において、矩形断面をもつ凹凸パターンのエッチング防止膜を基板の一表面上に形成し、そのエッチング防止膜をマスクにして異方性エッチングすることにより、一表面に矩形断面をもつ凹凸構造を形成することである。

また、本発明の凹凸構造物品製造方法の好ましい実施形態の他の例は、第１エッチング処理工程において、基板の一表面全体にエッチング防止膜を形成し、さらにその上にエッチング防止膜に対して選択性のある、凹凸構造の凹部を形成する領域に開口部をもつマスクパターンを形成し、そのマスクパターンをマスクにしてエッチング防止膜を等方性エッチングして基板の一表面上に台形断面をもつエッチング防止膜パターンを形成し、そのエッチング防止膜パターンをマスクにして基板を異方性エッチングし、基板の一表面に台形断面をもつ凹凸構造を形成することである。

本発明の凹凸構造物品の製造方法を用いれば、透明基板の表面に矩形断面の周期的な凹凸構造をもつ回折格子や、透明基板の表面に台形断面の周期的な凹凸構造をもつ表面無反射構造物品を形成することができる。

本発明の凹凸構造物品の製造方法は、第１エッチング処理工程では表面に形成される凹凸の高低差が目標高低差よりも大きくなるようにエッチングし、それによって形成された凹凸の高低差を計測して目標高低差との差を算出し、第２エッチング処理工程では、その算出した目標高低差と現時点での凹凸の高低差との差分だけ凸部の頂面のみをエッチングするようにし、しかも、第１エッチング処理工程でのエッチング量を第２エッチング処理工程で生じるエッチング誤差が許容誤差範囲内になるように設定しているので、第２エッチング処理工程ではエッチング量は許容誤差範囲内の誤差しか生じないエッチング量となり、基板表面に形成される凹凸の高低差を許容誤差範囲内にすることができる。この方法では、エッチングストッパー層や、形成したい凹凸パターンの転写樹脂層を精度良く形成しておく必要がないので、コストの低減を図ることができ、また、ジャストエッチングのようなエッチングの高精度制御が要求されないので、凹凸構造物品の製造の歩留まりを向上させることができる。

[実施例１]
本発明にかかる凹凸構造物品の製造方法の一実施例を図1を参照しながら説明する。図1は矩形断面の周期的な凹凸構造をもつ回折格子を製造する一実施例を順に示す工程断面図である。

この実施例では、厚さ０.７ｍｍの石英基板材料に２回のドライエッチング加工を施して凹凸構造を形成する。ここで用いるドライエッチング装置のスペックは３％（ａ＝０.０３）であり、回折格子の凹凸構造の高低差の公差は１.１％（ｋ＝０.０１１）である。この条件での第１エッチング処理工程におけるエッチング量の設定値Ｘは、目標高低差をＬとすると、上述の関係式（１）より、
１.０３１Ｌ≦Ｘ≦１.３２６Ｌ
となる。第１エッチング処理工程におけるエッチング量の設定値Ｘを上記の範囲で設定することにより、第２エッチング処理工程で凹凸構造の高低差を許容誤差範囲内にすることができる。ただし、第１エッチング処理工程のエッチング量の設定値が上記の条件を満たしている場合であっても、第２エッチング処理工程でのエッチング量が１００ｎｍ以下になると絶対量が小さすぎてエッチング誤差±３％以内の加工を実現できなくなるので、第２エッチング処理工程でのエッチング量は加工制御性が良い１００ｎｍ以上に設定する必要がある。なお、この実施例では、凹凸構造の目標高低差Ｌを２６８０ｎｍとし、第１エッチング処理工程において目標高低差Ｌよりも１割程度大きい高低差をもつ凹凸構造が形成されるようなエッチング量Ｘを設定してドライエッチングし、第２エッチング処理工程では、第１エッチング処理工程で形成された凹凸構造の高低差を目標高低差Ｌに近づけるようにエッチングするようにした。
その詳細について以下に説明する。

[レジストパターン形成工程]
（Ａ）石英基板２の表面にレジスト層４を形成する（図１（Ａ）を参照。）。レジスト層４を形成するためのレジスト材料として、市販のフォトレジスト材料（例えばＴＧＭＲ−９５０（東京応化工業株式会社の製品））を用いた。レジスト層４は４μｍの厚さになるように塗布する。次にレジスト層４を塗布した石英基板２をホットプレート上に載せ、１００℃の加熱温度にてベーク時間２４０秒でプリベークした。

（Ｂ）次に、レジスト層４が形成された石英基板２を逐次露光装置のＸ−Ｙステージ上にセットし、回折格子パターン用のレチクルマスクを用いて１／５倍の縮小率で、照射パワー３５０ｍＷ／ｃｍ２×２秒（露光：７００ｍＪ／ｃｍ²）の露光条件で逐次露光した。
上記の露光工程終了後、露光されたレジスト層を現像及びリンスすることにより、凹凸構造からなる回折格子形状のレジストパターン４ａが得られた。次いで、石英基板２を紫外線硬化装置の真空槽内にセットし、２４０秒間、真空引きをしながら紫外線照射を実施して、レジスト層のハードニングを行なった（図１（Ｂ）を参照。）。この操作によって、レジストの耐プラズマ性が向上し、次工程での加工に耐えられるようになる。

[第１エッチング処理工程]
（Ｃ）レジストパターン４ａをマスクにして異方性ドライエッチング処理を行ない、石英基板２のレジストパターン４ａで覆われていない領域に凹部２ｂを形成する（図１（Ｃ）を参照。）。この工程では、石英基板２をＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置のチャンバー内に設置した後、真空度２．０×１０^-3Ｐａ以下に真空排気した。その後、ＲＩＥドライエッチング装置の上部電極パワーを１０００ワット、下部電極パワーを４００ワットに設定し、ＣＨＦ₃を２５ｓｃｃｍ、Ａｒを５ｓｃｃｍ供給し、３６０秒間、異方性ドライエッチングを行なった。これにより、石英基板２の表面に凸部２ａと凹部２ａからなる凹凸構造が形成された。なお、このドライエッチング工程では、ＲＩＥドライエッチング装置によるエッチング量を３０００ｎｍに設定した。

また、レジストパターン４ａについては、ドライエッチングをレジストパターン４ａがなくなるまで行わずに途中で終了し、残ったレジスト層４ａを除去するようにした。残ったレジストマスクの除去には、硫酸と過酸化水素水を９：１の割合で混合した液を用いて石英基板２を浸漬処理し、残ったレジストパターン４ａを分解剥離する。この剥離処理を３分間実施し、残レジストマスクを完全に除去した。

[高低差計測工程]
（Ｄ）第１エッチング処理工程終了後の凸部２ａと凹部２ｂの高低差Ａを計測する（図１（Ｄ）を参照。）。この工程では、非接触三次元測定機を用いて凹凸の高低差を精度良く測定した。測定データは基板間でバラツキがあり、２９１５ｎｍ〜３０８０ｎｍの範囲の高低差であった。すなわち、目標高低差２６８０ｎｍよりも２３５ｎｍ〜４００ｎｍ大きい高低差をもつ凹凸構造が形成された。第１エッチング処理工程では、エッチング量の設定値３０００ｎｍに対して−８５ｎｍ〜＋８０ｎｍ（−２．８％〜＋２．７％）のエッチングバラツキがあった。

[ドライエッチング防止膜形成工程]
（Ｅ）石英基板２の凹凸構造形成面にレジスト層６を形成した（図１（Ｅ）を参照。）。ここでは、レジスト層６の材料として市販のレジスト材料（例えばＴＧＭＲ−９５０（東京応化工業株式会社の製品））を使用し、基板平坦部で１.５μｍの厚さになるように塗布した。レジスト材料を塗布した石英基板２をホットプレート上に載せ、１６０℃の加熱温度にてベーク時間１８０秒でポストベークした。この操作によって、レジスト層６の耐プラズマ性が向上し、次工程での加工に耐えられるようになる。ポストベーク処理後のレジスト層６の表面は図に示されているように波形状になっている。凹凸構造の凹部２ｂにはレジスト溶液が溜まり易いことで凸部２ａと比べると、自然とレジスト膜６が厚くなっている。この時、凹部２ｂには２２００ｎｍ、凸部２ａには８００ｎｍの厚さのレジスト層６が形成されている。

（Ｆ）その後、凸部２ａ上のレジスト層６を酸素プラズマ処理により除去し、凹部２ｂのレジスト層６は完全に除去せずに凹部２ｂの底面を被った状態で残しておく（図１（Ｆ）を参照。）。この酸素プラズマ処理は製品基板をＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置のチャンバー内に設置した後、チャンバー内を２.０×１０^-3Ｐａ以下に排気した。その後、ＲＩＥ装置の上部電極パワーを１０００ワット、下部電極（ＲＦ）パワーを５０ワットに設定し、酸素を２５ｓｃｃｍで供給して７５秒間ドライエッチング処理を行なった。凸部２ａの頂面が露出してからさらに凹部２ｂのレジスト層６を１００ｎｍ掘り込む条件でエッチングした。この条件では、酸素プラズマは石英材料とほとんど反応しないがレジスト材料とは反応するため、レジスト層６が選択的にドライエッチングされる。このときの石英材料とレジスト材料のエッチング速度差は５０倍以上である。これにより、石英基板２はエッチングされず、凸部２ａの石英基板２表面の平坦性を維持したままの状態で凸部２ａ上のレジスト層６のみを除去することが可能である。凸部２ａのレジスト層６は完全に除去され、凹部２ｂにはレジスト層６が１３００ｎｍの厚みで残った状態となる。

[第２エッチング処理工程]
（Ｇ）凹部形成領域２ｂに残されたレジスト層６をドライエッチング防止膜として、石英基板２の凹凸構造形成面をドライエッチングする（図１（Ｇ）を参照。）。この工程では、石英基板２をドライエッチング加工することで、凹部２ｂの底面に残っているレジスト層６は凹部２ｂ底面のエッチング防止層として機能し、凸部２ａの頂面のみのエッチング加工が可能となる。
この第２エッチング処理工程は第１エッチング処理工程と同じ条件下で行なわれる。第１エッチング処理工程と同じ条件下では、石英基板２のエッチング速度はレジスト層６のエッチング速度の３倍である。すなわち、この第２エッチング処理工程において石英基板２はレジスト層６の３倍量エッチングされる。

この工程では、第１エッチング処理工程で形成された凹凸構造の目標高低差よりも大きい高低差分のエッチングを目的に凸部２ａの頂面のみのエッチング加工を行うことで、目標高低差に対して許容誤差範囲内の凹凸構造を実現する。第１エッチング処理工程で形成された凹凸構造の高低差は目標高低差２６８０ｎｍに対して２３５ｎｍ〜４００ｎｍ大きいので、この超過分を第２エッチング処理工程でドライエッチングして目標高低差に合せ込む。ドライエッチングの条件は第１エッチング処理工程と同条件とし、エッチング時間は高低差の超過分によって制御する。ドライエッチング装置による加工バラツキは±３％発生するが、この場合には２３５ｎｍ〜４００ｎｍのエッチング量に対する±３％の加工バラツキで済む。

（Ｈ）ドライエッチング処理終了後も、凹部２ｂの底面にはレジスト層６が１０００ｎｍ程度残っているので、硫酸と過酸化水素水を９：１の割合で混合した液を用いてドライエッチング処理終了後の石英基板２を浸漬処理し、凹部２ｂの底面に残ったレジスト層６を分解剥離する。この剥離処理を３分実施し、レジスト層６を完全に除去した（図１（Ｈ）を参照。）。

上記の第２エッチング処理工程終了後、石英基板２の表面に形成された凹凸構造の凸部と凹部の最終的な高低差を測定した結果、基板間でバラツキがあるものの、２６７０ｎｍ〜２６９１ｎｍの高低差であった。これは目標としていた高低差２６８０ｎｍに対して−１０ｎｍ〜＋１１ｎｍのバラツキ量であり、このバラツキ量は目的高低差の±０.４％に相当する。よって、公差±１.１％を満たす凹凸構造を２回のエッチング処理工程を経ることで実現することができた。

ドライエッチング装置の加工スペックが±３％であるので、１回のドライエッチング処理で公差１.１％を満たす凹凸構造を形成することは不可能である。しかし、この実施例に示したように、エッチング処理を第１エッチング処理工程と第２エッチング処理工程に分け、第２エッチング処理工程におけるエッチング量がそのエッチング処理で生じるエッチング誤差が公差以下となるように設定されるように第１エッチング処理工程のエッチング量を設定すれば、第２エッチング処理工程終了後の凹凸構造の高低差の誤差が公差以下となる。

なお、上記実施例で用いた基板の材質やレジスト材料は本発明を実施するに好適な一例であり、基板としては例えばＢＫ７ガラス基板材料上にＳｉＯ₂膜が成膜されたものを用いることもできる。このような基板は石英基板に比べて安価であり、回折格子や回折格子製造用の型の製造コストの低減を図ることができる。

図１を用いて説明した凹凸構造物品の製造方法により、図２に示される回折格子１を形成することができる。図２は回折格子の一例を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＺ‐Ｚ位置の断面図である。

回折格子１は石英基板２の一表面の中央部に凹部２ａと凸部２ｂによる周期的な凹凸構造からなる回折格子パターンが形成されている。凹凸構造を構成している凹部２ａと凸部２ｂの高低差は２６７０ｎｍ〜２６９１ｎｍの範囲内に入っており、製造段階での目標値２６８０ｎｍに対して±０.４％の誤差範囲内で高精度に形成されている。このような回折格子は、例えばマルチ半導体レーザ光源を搭載した光ピックアップにおいて各波長の光束の光路を一致させるための光路補正素子として用いることができる。

[実施例２]
次に、本発明の凹凸構造物品の製造方法の他の実施例を図３を参照しながら説明する。図３はこれも矩形断面をもつ凹凸構造物品である回折格子の製造方法の他の実施例を示す工程断面図である。
この実施例では、製品基板となる石英基板上に転写樹脂を塗布し、ナノインプリント法を用いてパターニングして凹凸構造を形成する。凹凸構造に対応する凹凸パターンにパターニングされた転写樹脂をマスクにして石英基板をドライエッチングすることにより、転写樹脂の形状を石英基板に転写する。この転写工程では、ドライエッチング工程を２回に分けて行ない、２回目のドライエッチングにおいて凹凸構造の目標高低差の１／１０程度のエッチング量でエッチングすることでエッチング誤差を小さくし、許容誤差範囲内の高低差の凹凸構造を石英基板の表面に形成する。なお、上述した実施例１と同様に、この実施例において形成する凹凸構造の目標高低差は２６８０ｎｍであり、この実施例で用いるドライエッチング装置のスペックは３％（ａ＝０.０３）であり、回折格子の凹凸構造の高低差の公差は１.１％（ｋ＝０.０１１）である。
以下にその方法を詳細に述べる。

[ナノインプリント法によるパターニング工程]
（Ａ）表面形状を形成するに当たり、樹脂転写材料として、紫外線硬化型樹脂（ＧＲＡＮＤＩＣ ＲＣ ８７９０（大日本インキ株式会社の製品））を用いた。まず、樹脂吐出装置に石英基板１０をセットし、石英基板１０表面の凹凸構造形成領域に０.１ｍｇずつ紫外線硬化型樹脂１２を塗布した。形成する凹凸構造の反転形状が形成された型１４も同様に同装置にセットし、凹凸構造が形成された転写領域に転写樹脂１２を０.１ｍｇずつ塗布した。その後、型１４に基板１０を載せるようにして面合わせを行なった。この際、空気が転写領域に入り込まないようにする。面合わせを行なった型１４と基板１０を互いに押し付けるように自動加圧機を用いて加圧処理を施し、型１４と基板１０の間に挟み込まれた樹脂１２に対して紫外線を照射して仮硬化を行なった。（図３（Ａ）を参照。）。仮硬化とは、完全に硬化するエネルギーの７０％程のエネルギーを与え、ある程度の硬化度を持たせることをいう。硬化の方法としては、基板１０側から樹脂層の小さい範囲を露光し、その位置を少しずつずらして行なうことにより型１４に形成されているパターンとは反転したパターンの状態で転写樹脂を仮硬化させた。

その後、型１４から樹脂１２の離型処理及び樹脂１２に十分なエッチング耐性を持たせることを目的とした樹脂硬化処理を行なった。このときの硬化処理は短時間で一度に行ない、硬化時の樹脂の収縮を利用して効果的に離型を行なえるようにした。
（Ｂ）型１４と基板１０の組を基板１０側を上にして離型治具に設置し、基板１０を型１４から剥がした。これにより、基板１０上には、型１４の微細形状の反転パターンである凹凸構造の樹脂層１６が形成された（図３（Ｂ）を参照。）。
なお、剥がされた型１４は洗浄して繰り返し使用する。

[第１エッチング処理工程]
（Ｃ）次に、樹脂層１６が形成された基板１０をＥＣＲ装置のチャンバー内に設置し、そのチャンバー内を真空度２.０×１０^-4Ｐａ以下に真空排気した。その後、ＥＣＲ装置の設定条件を、マイクロ波パワー６５０ワット、下部電極ＲＦパワー４００ワット、ＣＨＦ₃供給量２５ｓｃｃｍ、Ａｒ供給量５ｓｃｃｍ、基板冷却温度−１０℃として４００秒間、異方性ドライエッチングを行なった。ドライエッチング装置によるエッチング量を３０００ｎｍに設定した。ドライエッチング工程終了後、樹脂転写の形状が製品基板に彫り移され、基板１０の表面に凹凸構造が形成された（図３（Ｃ）を参照。）。なお、このドライエッチング工程では、凹凸構造の凸部１０ａ上の樹脂層１６がなくなるまで行なわずに途中でエッチングを終了し、残った樹脂層１６を除去するようにした。残った樹脂層１６の除去には、硫酸と過酸化水素水を９：１の割合で混合した液を用いて基板１０を浸漬処理し、樹脂層１６を分解剥離する。この剥離処理を５分実施して樹脂層１６を基板１０から完全に除去した。

[高低差計測工程]
（Ｄ）非接触三次元測定機を用いて、上記のパターン転写工程（第１エッチング処理工程）で形成された凹凸の高低差を精度良く測定した（図３（Ｄ）を参照。）。その結果、凹凸の高低差は基板間データで２９１５ｎｍ〜３０８０ｎｍの範囲であった。これは狙いの３０００ｎｍに対して−８５ｎｍ〜＋８０ｎｍ（−２．８％〜＋２．７％）のバラツキである。すなわち、第１エッチング処理工程によって高低差が目標高低差２６８０ｎｍよりも２３５ｎｍ〜４００ｎｍ大きい凹凸が形成された。

[ドライエッチング防止膜形成工程]
（Ｅ）基板１０の凹凸構造形成面にレジスト層１８を形成した（図３（Ｅ）を参照。）。レジスト層１８の材料としては、市販のレジスト材料（例えばＴＧＭＲ−９５０（東京応化工業株式会社の製品））を使用し、基板平坦部で１.５μｍの厚さになるように塗布した。レジスト材料を塗布した石英基板１０をホットプレート上に載せ、１６０℃の加熱温度にてベーク時間１８０秒でポストベークした。この操作によって、レジスト層１８の耐プラズマ性が向上し、次工程での加工に耐えられるようになる。このポストベーク処理後のレジスト層１８の表面は図に示されているように波形状になっている。凹凸構造の凹部１０ｂにはレジスト溶液が溜まり易いことで凸部１０ａと比べると、自然とレジスト膜１８が厚くなっている。この時、凹部１０ｂには２２００ｎｍ、凸部形成領域１０ａには８００ｎｍの厚さのレジスト層１８が形成されている。

（Ｆ）その後、凸部１０ａ上のレジスト層１８を酸素プラズマ処理により除去し、凹部１０ｂのレジスト層１８は底面完全に除去せずに凹部１０ｂの底面を被った状態で残しておく（図３（Ｆ）を参照。）。ここでの酸素プラズマ処理は製品基板をＲＩＥ装置のチャンバー内に設置した後、チャンバー内を２.０×１０^-3Ｐａ以下に排気した。その後、ＲＩＥ装置の上部電極パワーを１０００ワット、下部電極（ＲＦ）パワーを５０ワットに設定し、酸素を２５ｓｃｃｍで供給して７５秒間ドライエッチング処理を行なった。凸部１０ａの頂面が現れてからさらに凹部１０ｂのレジスト層１８を１００ｎｍ掘り込む条件でエッチングした。酸素プラズマは石英材料と反応しないので石英基板１０が反応性エッチングされることは無く、凸部１０ａの頂面の平坦性を維持したままの状態で表面のレジスト層１８を除去することが可能である。凸部１０ａのレジスト層１８は完全に除去され、凹部１０ｂにはレジスト層１８が１３００ｎｍの厚みで残っている。

[第２エッチング処理工程]
（Ｇ）凹部１０ｂに残されたレジスト層１８をドライエッチング防止膜として、石英基板１０の凹凸構造形成領域をドライエッチングする（図３（Ｇ）を参照。）。石英基板１０をドライエッチング加工することで、凹部１０ｂに残っているレジスト層１８は凹部１０ｂ底面のエッチング防止層として機能し、凸部１０ａの頂面のみのエッチング加工が可能となる。第１エッチング処理工程で形成された凹凸構造の目標高低差よりも大きい高低差分のエッチングを目的に凸部１０ａの頂面のみのエッチング加工を行うことで、目標高低差に対して許容誤差範囲内の凹凸構造を実現する。第１エッチング処理工程で形成された凹凸構造の高低差は目標高低差２６８０ｎｍに対して２３５ｎｍ〜４００ｎｍ大きいので、この超過分を第２エッチング処理工程でドライエッチングして目標高低差に合せ込む。ドライエッチングの条件は第１エッチング処理工程と同条件とし、エッチング時間は高低差の超過分によって制御する。ドライエッチング装置による加工バラツキは±３％発生するが、この場合には２３５ｎｍ〜４００ｎｍのエッチング量に対する±３％の加工バラツキで済む。

（Ｈ）ドライエッチング処理終了後も、凹部１０ｂにはレジスト層１８が１０００ｎｍ程度残っているので、硫酸と過酸化水素水を９：１の割合で混合した液を用いてドライエッチング処理終了後の石英基板１０を浸漬処理し、凹部１０ｂのレジスト層１８を分解剥離する。この剥離処理を３分実施し、レジスト層１８を完全に除去した（図３（Ｈ）を参照。）。

上記の第２エッチング処理工程終了後、石英基板１０の表面に形成された凹凸構造の凸部１０ａと凹部１０ｂの最終的な高低差を測定した結果、基板間でバラツキがあるものの、２６７０ｎｍ〜２６９１ｎｍの高低差であった。これは目標としていた高低差２６８０ｎｍに対して−１０ｎｍ〜＋１１ｎｍのバラツキ量であり、このバラツキ量は目的高低差の±０.４％に相当する。よって、公差±１.１％を満たす凹凸構造を２回のエッチング処理工程を経ることで実現することができた。

ドライエッチング装置の加工スペックが±３％のバラツキであるので、１回のドライエッチング処理で公差１.１％を満たす凹凸構造を形成することは不可能である。しかし、この実施例に示したように、エッチング処理を第１エッチング処理工程と第２エッチング処理工程に分け、第２エッチング処理工程におけるエッチング量がそのエッチング処理で生じるエッチング誤差が公差以下となるように設定されるように第１エッチング処理工程のエッチング量を設定すれば、第２エッチング処理工程終了後の凹凸構造の高低差が公差以下となる。

なお、上記実施例で用いた基板の材質やレジスト材料は本発明を実施するに好適な一例であり、この実施例でも基板としては例えばＢＫ７ガラス基板材料上にＳｉＯ₂膜が成膜されたものを用いることもできる。このような基板は石英基板に比べて安価であり、回折格子や回折格子製造用の型の製造コストの低減を図ることができる。

[実施例３]
本発明の凹凸構造物品の製造方法を用いて表面無反射構造物品を製造する方法の一実施例を図４を参照しながら説明する。この実施例では、厚さが０．５ｍｍの基板の表面に周期的な凹凸構造として２４０ｎｍのピッチで高さ５００ｎｍの台形断面をもつ凸部を形成する。

[エッチング防止膜のパターニング工程]
（Ａ）厚さが０．５ｍｍの石英基板２０の一表面上にＣｒ（クロム）膜２２を例えば１２０ｎｍ程度の厚みで成膜する（図４（Ａ）を参照。）。
（Ｂ）Ｃｒ膜２２の表面全体にレジスト層を形成し、形成する凹凸構造の凹部を形成する領域のレジスト層が除去されるように電子ビーム露光装置を用いてパターニングすることにより、凹部形成領域が開口したレジストパターン２４を形成する（図４（Ｂ）を参照。）。

（Ｃ）レジストパターン２４をマスクにして等方性ドライエッチングを行ない、石英基板２０上にエッチング防止膜としてのＣｒパターン２２ａを形成する。このとき、Ｃｒ膜２２とレジストパターン２４とのエッチング選択比（Ｃｒ膜２２のエッチング速度／レジストパターン２４のエッチング速度）は０．２５である。レジストパターン２４をマスクにしてＣｒ膜２２を等方的にエッチングすることにより、石英基板２０上には断面がテーパ形状の台形断面をもつＣｒパターン２２ａが形成される（図４（Ｃ）を参照。）。なお、この工程では等方性ドライエッチングに代えて等方性ウェットエッチングを行なってもよい。

[第１エッチング処理工程]
（Ｄ）Ｃｒパターン２２ａをマスクにして石英基板２０を異方性ドライエッチングする。ドライエッチングのエッチング量は目標としている凹凸構造の高低差５００ｎｍよりも深く、例えば６００〜６３０ｎｍ程度エッチングされるように設定する。このときの石英基板２０とＣｒパターン２２ａのエッチング選択比（石英基板２０のエッチング速度／Ｃｒパターン２２ａのエッチング速度）は５．５である。これにより、第１エッチング処理終了後の石英基板２０の一表面には、上面が平坦な円錐台形状の周期的な凸部２０ａが形成される（図４（Ｄ）を参照。）。

第１エッチング処理終了後、凸部２０ａの上面にはＣｒパターン２２ａが５ｎｍ程度の厚みで残っているので、石英とＣｒとの間で高い選択性をもつ、例えば硝酸第２セリウム塩と過塩素酸と水を１.５：１.５：７の割合で混合したウェットエッチング液を用いて凸部２０ａの上面のＣｒパターン２２ａを剥離除去する。

[高低差計測工程]
非接触三次元測定機を用いて、上記の第１エッチング処理工程で形成された凹凸の高低差を精度良く測定する。

[ドライエッチング防止膜形成工程]
（Ｅ）実施例１及び実施例２と同じ方法により、石英基板２０表面の凹部２０ｂの底面を被うレジスト層２６をドライエッチング防止膜として形成する（図４（Ｅ）を参照。）。凸部２０ａの頂面のレジスト層は除去し、石英基板２０を露出させる。

[第２エッチング処理工程]
（Ｆ）凹部２０ｂのレジスト層２６をマスクにして凸部２０ａの頂面のみをドライエッチングする（図４（Ｆ）を参照。）。この実施例では、第１エッチング処理工程で目標とする５００ｎｍの高低差よりも１００〜１３０ｎｍ深くエッチングしているので、その超過分をエッチング量としてドライエッチング装置に設定し、凹凸の高低差が目標の５００ｎｍとなるように合わせ込む。

（Ｇ）第２エッチング処理終了後も凹部２０ｂにはレジスト層２４が残っているので、硫酸と過酸化水素水が９：１の割合で混合した液を用いてドライエッチング処理終了後の石英基板２０を浸漬処理し、凹部２０ｂのレジスト層２４を分解剥離する（図４（Ｇ）を参照。）。これにより、石英基板２０の表面に台形断面をもつ上面平坦な円錐台形状の凸部２０ａが複数形成された、表面無反射構造の光学物品が形成される。

上記実施例３に示されているように、等方性エッチングを用いて台形断面をもつエッチング防止膜を形成した後、実施例１，２と同様に第１エッチング処理工程、工程差計測工程及び第２エッチング処理工程を経ることによって、基板の表面に許容範囲内の誤差しか含まない上面が平坦な円錐台形状の凸部を形成することができる。このような上面が平坦な円錐台形状の凸部を精度良く基板の表面に形成することにより、高精度な表面無反射構造物品を製造することができる。

なお、上記実施例においては、石英基板の表面にエッチング処理を施して凹凸構造物品を製造する方法を示したが、石英基板に代えてシリコン基板を用いてもよい。その場合には、第１エッチング処理工程及び第２エッチング処理工程において異方性のウェットエッチング処理を行なうこともできる。一般的に、ウェットエッチング処理のエッチング量の制御はエッチング時間で行なう。したがって、第１エッチング処理工程及び第２エッチング処理工程においてウェットエッチングを用いる場合には、凹凸構造の高低差が目標とする高低差よりも大きな高低差（例えば目標高低差プラス１０％程度）となるようにエッチング時間を設定して凹凸構造の凹部形成部分をウェットエッチングし、第２エッチング処理工程で第１エッチング処理工程で目標高低差よりも余分にエッチングした分の凸部の頂面をウェットエッチング又はドライエッチングすればよい。

周期的な凹凸構造をもつ物品である回折格子の製造方法の一実施例を順に示す工程断面図である。 同実施例の製造方法により製造された回折格子を示す図であり、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＺ−Ｚ位置での断面図である。 周期的な凹凸構造をもつ物品である回折格子の製造方法の他の実施例を順に示す工程断面図である。 周期的な凹凸構造をもつ物品である表面無反射構造物品の製造方法の一実施例を順に示す工程断面図である。

符号の説明

２，１０，２０ 石英基板
２ａ，１０ａ，２０ａ 凸部
２ｂ，１０ｂ，２０ｂ 凹部
４，６，１８，２６ レジスト層
４ａ，２４ レジストパターン
１４ 紫外線硬化型樹脂
１６ 樹脂層
２２ Ｃｒ膜
２２ａ Ｃｒパターン

Claims (8)

1. 基板の一表面に凹凸構造を形成する凹凸構造物品の製造方法であって、
   前記基板表面に形成される凹凸の高低差が目標高低差よりも大きくなるように凹部形成領域をエッチングする第１エッチング処理工程と、
   前記第１エッチング処理工程終了後の凹凸構造の高低差を計測し、その計測値と前記目標高低差との差を算出する計測工程と、
   第１エッチング処理工程で形成された凹凸構造の凹部の底面をエッチング防止膜で被い、凸部の頂面を露出させた状態で、前記計測工程で算出した前記差をエッチング量の設定値として凸部の頂面のみをエッチングする第２エッチング処理工程と、を順に含み、
   前記第１エッチング処理工程におけるエッチング量は、前記第２エッチング処理工程で生じるエッチング誤差の最大値が許容誤差範囲内となるように設定することを特徴とする凹凸構造物品の製造方法。
2. 前記目標高低差をＬ、公差をｋ（０＜ｋ＜１）、エッチング装置のスペックをａ（０＜ａ＜１）とした場合の前記第１エッチング処理工程におけるエッチング量Ｘを以下の関係式を満たすように設定する請求項１に記載の凹凸構造物品の製造方法。
   Ｌ／（１−ａ）≦Ｘ≦Ｌ（ｋ＋ａ）／（ａ＋ａ²）
3. 前記第１エッチング処理工程及び前記第２エッチング処理工程において前記基板に対して行なうエッチングはドライエッチングである請求項１又は２に記載の凹凸構造物品の製造方法。
4. 前記基板はシリコン基板であり、前記第１エッチング処理工程及び前記第２エッチング処理工程において前記基板に対して行なうエッチングはドライエッチング又はウェットエッチングである請求項１に記載の凹凸構造物品の製造方法。
5. 前記第１エッチング処理工程では、矩形断面をもつ凹凸パターンのエッチング防止膜を前記基板の前記一表面上に形成し、そのエッチング防止膜をマスクにして異方性エッチングすることにより、前記一表面に矩形断面をもつ凹凸構造を形成する請求項１から４のいずれか一項に記載の凹凸構造物品の製造方法。
6. 前記凹凸構造物品は透明基板の一表面に矩形断面の周期的な凹凸構造である請求項５に記載の凹凸構造物品の製造方法。
7. 前記第１エッチング処理工程では、前記基板の前記一表面全体にエッチング防止膜を形成し、さらにその上に前記エッチング防止膜に対して選択性のある、前記凹凸構造の凹部を形成する領域に開口部をもつマスクパターンを形成し、そのマスクパターンをマスクにして前記エッチング防止膜を等方性エッチングして前記基板の前記一表面上に台形断面をもつエッチング防止膜パターンを形成し、そのエッチング防止膜パターンをマスクにして前記基板を異方性エッチングし、前記基板の前記一表面に台形断面をもつ凹凸構造を形成する請求項１から４のいずれか一項に記載の凹凸構造物品の製造方法。
8. 前記凹凸構造物品は透明基板の一表面に台形断面の周期的な凹凸構造をもつ表面無反射構造物品である請求項７に記載の凹凸構造物品の製造方法。

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