JP2009271289A - 凹部形成方法、凹凸製品の製造方法、発光素子の製造方法および光学素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ヒートモードの形状変化が可能なフォトレジスト層12に光源を含んで構成される光学系50から集光した光を照射することでフォトレジスト層12に複数の凹部15を形成する凹部形成方法であって、フォトレジスト層12の凹部形成面12Aを重力方向に向けて凹部15を形成する。
【選択図】図4
Description
ここで、本発明において重力方向とは、重力場の向かう方向、すなわち、物体が落ちる方向を示すものとする。
これによれば、凹部形成面(穴およびその周囲)と異物とを同一電荷に帯電させることができるので、静電的反発力によって、異物が凹部およびその周囲に付着することを積極的に抑制することができ、より良好な凹凸形状を形成することができる。
次に、本発明に係る発光素子の製造方法について、図面を参照しながら説明する。参照する図において、図1(a)は、LEDパッケージの図であり、(b)は、(a)の拡大図である。
LED素子10は、従来周知の素子であり、詳細は図示しないが、n型クラッド層、p型クラッド層および活性層などを有する。図1(a)においては、上側の面が、光が外部へ放出される発光面18である。
フォトレジスト層12は、強い光の照射により光が熱に変換されてこの熱により材料が形状変化して凹部を形成することが可能な層であり、いわゆるヒートモード型のフォトレジストの層である。このようなフォトレジストは、従来、光記録ディスクなどの記録層に多用されており、例えば、シアニン系、フタロシアニン系、キノン系、スクワリリウム系、アズレニウム系、チオール錯塩系、メロシアニン系などのフォトレジストを用いることができる。
従って、フォトレジスト層12に含有される記録物質としては、色素等の有機化合物が挙げられる。なお、フォトレジスト層12の材料としては、有機材料に限られず、無機材料、または無機材料と有機材料の複合材料を使用できる。ただし、有機材料であると、成膜をスピンコートにより容易にでき、転移温度が低い材料を得易いため、有機材料を採用するのが好ましい。また、有機材料の中でも、光吸収量が分子設計で制御可能な色素を採用するのが好ましい。
例えば、レーザ光源の発振波長が780nm付近であった場合、ペンタメチンシアニン色素、ヘプタメチンオキソノール色素、ペンタメチンオキソノール色素、フタロシアニン色素、ナフタロシアニン色素などから選択することが有利である。
また、レーザ光源の発振波長が660nm付近であった場合は、トリメチンシアニン色素、ペンタメチンオキソノール色素、アゾ色素、アゾ金属錯体色素、ピロメテン錯体色素などから選択することが有利である。
さらに、レーザ光源の発振波長が405nm付近であった場合は、モノメチンシアニン色素、モノメチンオキソノール色素、ゼロメチンメロシアニン色素、フタロシアニン色素、アゾ色素、アゾ金属錯体色素、ポルフィリン色素、アリリデン色素、錯体色素、クマリン色素、アゾール誘導体、トリアジン誘導体、ベンゾトリアゾール誘導体、1−アミノブタジエン誘導体、キノフタロン系色素などから選択することが有利である。
なお、上記の上限値および下限値は、それぞれが任意で組み合わせることができる。
ここで、フォトレジスト層12は、単層でも重層でもよく、重層構造の場合、塗布工程を複数回行うことによって形成される。
塗布液中の色素の濃度は、一般に0.01〜15質量%の範囲であり、好ましくは0.1〜10質量%の範囲、より好ましくは0.5〜5質量%の範囲、最も好ましくは0.5〜3質量%の範囲である。
フォトレジスト層12(記録層化合物)は、スピンコート法による形成に有利であるという点から、有機溶媒に対して0.3wt%以上30wt%以下で溶解することが好ましく、1wt%以上20wt%以下で溶解することがより好ましい。特にテトラフルオロプロパノールに1wt%以上20wt%以下で溶解することが好ましい。また、記録層化合物は、熱分解温度が150℃以上500℃以下であることが好ましく、200℃以上400℃以下であることがより好ましい。
塗布の際、塗布液の温度は、23〜50℃の範囲であることが好ましく、24〜40℃の範囲であることがより好ましく、中でも、25〜30℃の範囲であることが特に好ましい。
褪色防止剤としては、一般的に一重項酸素クエンチャーが用いられる。一重項酸素クエンチャーとしては、既に公知の特許明細書等の刊行物に記載のものを利用することができる。
その具体例としては、特開昭58−175693号公報、同59−81194号公報、同60−18387号公報、同60−19586号公報、同60−19587号公報、同60−35054号公報、同60−36190号公報、同60−36191号公報、同60−44554号公報、同60−44555号公報、同60−44389号公報、同60−44390号公報、同60−54892号公報、同60−47069号公報、同63−209995号公報、特開平4−25492号公報、特公平1−38680号公報、および同6−26028号公報等の各公報、ドイツ特許350399号明細書、そして日本化学会誌1992年10月号第1141頁等に記載のものを挙げることができる。前記一重項酸素クエンチャー等の褪色防止剤の使用量は、色素の量に対して、通常0.1〜50質量%の範囲であり、好ましくは、0.5〜45質量%の範囲、さらに好ましくは、3〜40質量%の範囲、特に好ましくは5〜25質量%の範囲である。
この色素の吸収ピークの波長は、必ずしも可視光の波長域内であるものに限定されず、紫外域や、赤外域にあるものであっても構わない。
色素には、吸収波長のピーク波長の長波側に屈折率の高い波長域が存在するが、この波長域と発光素子の発光波長とを合わせることが好ましい。そのためには、色素吸収波長λaが発光素子の中心波長λcより短い(λa<λc)ことが好ましい。λaとλcの差の下限は、加工し易さの観点から、10nm以上が好ましく、25nm以上がより好ましく、50nm以上がさらに好ましい。また、λaとλcの差の上限は、加工し易さの観点から、500nm以下が好ましく、300nm以下がより好ましく、200nm以下がさらに好ましい。
以上のような観点から、λa<λw<λcの関係にあることが最も好ましいといえる。
この厚みは、例えば、1〜10000nmの範囲で適宜設定することができ、厚さの下限は、凹部15による光学的な効果やフォトレジスト層12をエッチングマスクとして利用する場合においてエッチング効果を得るという観点から、10nm以上が好ましく、30nm以上がより好ましい。また、厚さの上限は、加工精度や加工速度の観点から、1000nm以下が好ましく、500nm以下がより好ましい。
なお、「透明」とは、LED素子10が発する光に対して、当該光を透過する(透過率:90%以上)ほどに透明であることを意味する。
フォトレジスト層12(記録層化合物)に、材料の光吸収がある波長(材料で吸収される波長)のレーザ光を照射すると、フォトレジスト層12によってレーザ光が吸収され、この吸収された光が熱に変換され、光の照射部分の温度が上昇する。これにより、フォトレジスト層12が、軟化、液化、気化、昇華、分解などの化学または/および物理変化を起こす。そして、このような変化を起こした材料が移動または/および消失することで、凹部15が形成される。なお、バリア層13は非常に薄い層であるため、フォトレジスト層12の移動または/および消失に伴って、一緒に移動または/および消失する。そして、このような凹部15の形成時においては、化学または/および物理変化したフォトレジスト層12の一部が、異物となって凹部15の周囲に残る。
図2(a)に示すように、凹部15は、ドット状に形成され、このドットが格子状に配列されたものを採用することができる。また、図2(b)に示すように、凹部15は、細長い溝状に形成され、これが断続的につながったものでもよい。さらに、図示は省略するが、連続した溝形状として形成することもできる。
なお、ここでいう直径または溝の幅は、凹部15の半分の深さにおける大きさ、いわゆる半値幅である。
図4(a)に示すように、まず、従来公知の方法で製造されたLED素子10の本体である発光部11(基板100)を用意する。ここで、基板100は、LED素子10が複数形成された半導体発光素子基板を、円盤状または矩形状に形成したものである。
本体部31は、円盤状に形成され、下側が基板100の取付部(装着部)となっている。この本体部31の外周部には、複数のアーム32が互いに等間隔で設けられている。
ここで、本実施形態の光ディスクドライブDDは、モータ40が基板100の上方に配置されるので、モータ40から発生した塵埃が基板100に落下する可能性がある。そこで、図示はしないが、モータ40の筐体に排気口を設け、ポンプなどにより筐体内を減圧したり、筐体内の空気を吸引したりすることで、モータ40から発生した塵埃を外部に排気することが好ましい。
まず、光ディスクドライブDDによる基板100の凹部形成面12A(フォトレジスト層12)への凹部15の形成中または形成後の所定のタイミングにおいて、光ディスクドライブDD(保持器30)に基板100の代わりに、少なくとも一部に反射率が既知の領域(基準面)を有する標準板(シリコン基板など)をセットする。
光学系50の開口数NAの下限は、加工精度の観点から、0.4以上が好ましく、0.5以上がより好ましく、0.6以上がさらに好ましい。また、開口数NAの上限は、角度変動に対する許容度の観点から、2以下が好ましく、1以下がより好ましく、0.9以下がさらに好ましい。
凹部形成面12Aを重力方向に向けた状態で凹部15を形成するので、フォトレジスト層12に集光した光を照射して凹部15を形成する際に生じる異物を落下させることができる。これにより、異物が凹部15およびその周囲に残ることを抑制することができるので、良好な凹凸形状を形成することができる。
次に、本発明の第2実施形態に係る光学素子の製造方法について説明する。参照する図において、図6は、第2実施形態に係る光学素子の図である。
光学素子10Aは、光の透過性が高い部材で、発光素子の発光面に密着または接着されて用いられる。例えば、第1実施形態に例示したLEDパッケージ1の発光面18の表面や、蛍光管の表面などに貼り付けて用いられる。
支持体11Aは、発光素子が発する光に対して十分な透過性(例えば透過率80%程度以上)を有していればよく、例えば、ポリカーボネートなどの樹脂やガラス材料が用いられる。
次に、本発明の第3実施形態に係る発光素子の製造方法について説明する。参照する図において、図7(a)〜(c)は、第3実施形態に係るLED素子の製造工程を示す図である。
前記実施形態では、発光素子の例としてLED素子10を示したが、発光素子は、LED素子に限定されず、例えば、プラズマディスプレイ素子、レーザ、SED素子、蛍光管、EL素子など、発光する器具であれば特に限定されない。
また、凹凸製品としては、光ディスクに限定されず、例えば、半導体、EL(エレクトロルミネセンス)、液晶、SED(表面電界ディスプレイ)、金型などであってもよい。
[実施例1]
円盤状の基板に100nm厚の色素層(フォトレジスト層)を形成した。基板および色素層の詳細は以下の通りである。
材質 シリコン
厚さ 0.5mm
外径 101.6mm(4インチ)
内径 15mm
下記化学式の色素材料2gをTFP(テトラフルオロプロパノール)溶剤100mlに溶解し、スピンコートした。スピンコートの際には、塗布開始回転数500rpm、塗布終了回転数1000rpmとして塗布液を基板の内周部にディスペンスし、徐々に2200rpmまで回転を上げた。なお、色素材料の屈折率nは1.986であり、消衰係数kは0.0418である。
凹部の形成条件は下記の通りである。
レーザ出力の初期値 2.5mW
線速 5m/s
記録信号 5MHzの矩形波
何も塗布していない基板(シリコン基板)を標準板として用意した。そして、この標準板を、パルステック工業株式会社製DDU1000(波長405nm、NA0.85。ヘッド部には0.1mm厚の収差補正板を設置)にセットし、自動焦点サーボをかけながら戻り光量を測定した。
その後、以下に示す条件で、実施例1と同様の基板に対して凹部の形成を実行した。なお、その他の条件は、基板50枚に対して凹部の形成を実行したときと同様である。
10 LED素子
10A 光学素子
11 発光部
11A 支持体
12 フォトレジスト層
12A 凹部形成面
15 凹部
16 穴部
18 発光面
30 保持器
40 モータ
50 光学系
51 レーザ光源
55 第3レンズ
57 ディテクタ
60 イオン風発生装置
200 光ディスク
210 基板
CA 制御装置
DD 光ディスクドライブ
Claims (9)
- ヒートモードの形状変化が可能なフォトレジスト層に光源を含んで構成される光学系から集光した光を照射することで前記フォトレジスト層に複数の凹部を形成する凹部形成方法であって、
前記フォトレジスト層の凹部形成面を重力方向に向けて凹部を形成することを特徴とする凹部形成方法。 - 前記フォトレジスト層の凹部形成面にイオン風を当てながら凹部を形成することを特徴とする請求項1に記載の凹部形成方法。
- 前記フォトレジスト層への凹部の形成中または形成後において、
前記フォトレジスト層に設けられた基準面または前記フォトレジスト層とは別に設けられた基準面に前記光学系から検査光を照射する検査光照射工程と、
前記基準面から反射または回折する検査光の光量を検出する検出工程と、
検出した前記光量に基づいて当該光量が所定量となるように前記光源の出力を調整する出力調整工程と、を備えたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の凹部形成方法。 - 前記フォトレジスト層への凹部の形成中または形成後において、
前記フォトレジスト層に設けられた基準面または前記フォトレジスト層とは別に設けられた基準面に前記光学系から検査光を照射する検査光照射工程と、
前記基準面から反射または回折する検査光の光量を検出する検出工程と、
検出した前記光量が所定量より小さい場合、前記フォトレジスト層への凹部の形成後に前記光学系の対物レンズを清掃する清掃工程と、を備えたことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の凹部形成方法。 - 基体の表面上に凹凸を有する凹凸製品の製造方法であって、
前記基体の表面上にヒートモードの形状変化が可能なフォトレジスト層を形成する工程と、
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の凹部形成方法により、前記フォトレジスト層に複数の凹部を形成する工程と、
複数の凹部が形成されたフォトレジスト層をマスクとして、エッチングを行うことで、前記基体の表面上に前記凹部に対応した穴部を形成する工程と、を備えたことを特徴とする凹凸製品の製造方法。 - 発光体を有する発光素子の製造方法であって、
前記発光体の発光面にヒートモードの形状変化が可能なフォトレジスト層を形成する工程と、
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の凹部形成方法により、前記フォトレジスト層に複数の凹部を形成する工程と、を備えたことを特徴とする発光素子の製造方法。 - 複数の凹部が形成された前記フォトレジスト層をマスクとして、エッチングを行うことで、前記発光面に前記凹部に対応した穴部を形成することを特徴とする請求項6に記載の発光素子の製造方法。
- 発光素子の発光面に取り付けられることで、前記発光素子の発光効率を向上させる光学素子の製造方法であって、
前記発光素子が発する光を透過可能な支持体の表面に、ヒートモードの形状変化が可能なフォトレジスト層を形成する工程と、
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の凹部形成方法により、前記フォトレジスト層に複数の凹部を形成する工程と、を備えたことを特徴とする光学素子の製造方法。 - 複数の凹部が形成された前記フォトレジスト層をマスクとして、エッチングを行うことで、前記支持体の表面に前記凹部に対応した穴部を形成することを特徴とする請求項8に記載の光学素子の製造方法。
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