JP2011131453A - Method for manufacturing nanoimprint mold for manufacturing optical element - Google Patents

Method for manufacturing nanoimprint mold for manufacturing optical element Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method capable of manufacturing a nanoimprint mold for manufacturing an optical element with high precision and coping with manufacturing of large-area products. <P>SOLUTION: The manufacturing method comprises applying a photosensitive resist 4 on one side of a substrate 1, carrying out laser lithography to the photosensitive resist 4, developing the drawn image to form a mask pattern 5 having a desired opening pattern 5a, and etching the substrate 1 through the mask pattern 5 to a desired depth to obtain a mold 11. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、光学素子、特に発光ダイオードの発光面に設けられる光学素子を製造するためのナノインプリントモールドの製造方法に関する。   The present invention relates to a method of manufacturing a nanoimprint mold for manufacturing an optical element, particularly an optical element provided on a light emitting surface of a light emitting diode.

従来の電球、蛍光灯に比べ、発光ダイオード(以下、「LED」という)は、小型、長寿命、超軽量、低発熱性であるという特徴を有している。また、近年、LEDの発光効率が向上しているとともに、低炭素化社会の要請から、高い応答速度の走査ランプ、液晶表示装置用のバックライト、自動車の制御パネル照明灯、信号機、一般の照明器具等の応用分野において、LEDが電球や蛍光灯に代わって用いられつつある。
LEDは、n型ドーピング半導体層とp型ドーピング半導体層とで発光層を挟持した構造を有し、n型ドーピング半導体層からの電子がp型ドーピング半導体層からの電子正孔と発光層において再結合するとき発光する。しかし、LEDで発光された光は、LEDが配設されている基板との界面、LEDと空気層との界面等で反射されるため外部取出効率が低く、LEDの発光効率の向上を有効に活用できていないという問題があった。
Compared to conventional light bulbs and fluorescent lamps, light-emitting diodes (hereinafter referred to as “LEDs”) have the characteristics of being small, long-life, ultralight, and low heat generation. Also, in recent years, the luminous efficiency of LEDs has improved, and in response to the demands of a low-carbon society, scanning lamps with high response speeds, backlights for liquid crystal display devices, automobile control panel lighting, traffic lights, general lighting In application fields such as appliances, LEDs are being used in place of light bulbs and fluorescent lamps.
The LED has a structure in which an emissive layer is sandwiched between an n-type doped semiconductor layer and a p-type doped semiconductor layer, and electrons from the n-type doped semiconductor layer are regenerated in an electron hole and an emissive layer from the p-type doped semiconductor layer. Emits light when combined. However, the light emitted by the LED is reflected at the interface with the substrate on which the LED is disposed, the interface between the LED and the air layer, etc., so the external extraction efficiency is low, effectively improving the light emission efficiency of the LED. There was a problem that it could not be used.

この外部取出効率を高めるために、LEDの発光面に設ける光学素子としてフォトニック結晶が使用されており、例えば、ステッパーを利用してLEDの発光面にフォトニック結晶を作製することが提案されている(例えば、特許文献1)。このようなステッパーを利用したフォトニック結晶の作製は、大面積化が可能であり、また、製造コストも低く抑えられるものであった。しかし、例えば、図7に鎖線で示されるような6角形単位、図8に鎖線で示されるような6角形単位であってステッパーのショットの境界線上にパターンが位置するもの、図9に鎖線で示されるような4角形単位であってステッパーのショットの境界線上にパターンが位置するもの等、パターンの周期性のとりにくい構造を有するフォトニック結晶が近年開発されており、このようなフォトニック結晶は、ステッパーを使用した従来の方法では作製が困難であった。   In order to increase the external extraction efficiency, a photonic crystal is used as an optical element provided on the light emitting surface of the LED. For example, it is proposed to produce a photonic crystal on the light emitting surface of the LED using a stepper. (For example, Patent Document 1). Fabrication of a photonic crystal using such a stepper can increase the area, and the manufacturing cost can be kept low. However, for example, a hexagonal unit as shown by a chain line in FIG. 7, a hexagonal unit as shown by a chain line in FIG. 8, where the pattern is located on the stepper shot boundary line, FIG. 9 by a chain line In recent years, photonic crystals having a structure in which the periodicity of the pattern is difficult to be taken, such as a quadrangular unit as shown in the figure where the pattern is located on the stepper shot boundary line, have been developed. The conventional method using a stepper was difficult to produce.

一方、微細加工技術として、近年ナノインプリント技術に注目が集まっている。ナノインプリント技術は、基材の表面に微細な凹凸構造を形成したモールド(型部材)を用い、凹凸構造を被加工物に転写することで微細構造を等倍転写するパターン形成技術である(特許文献2)。そして、フォトニック結晶をナノインプリント技術で形成することも検討されている。   On the other hand, nanoimprint technology has recently attracted attention as a fine processing technology. Nanoimprint technology is a pattern formation technology that uses a mold (mold member) in which a fine concavo-convex structure is formed on the surface of a substrate, and transfers the concavo-convex structure to a workpiece to transfer the fine structure at the same magnification (Patent Literature). 2). And formation of a photonic crystal by nanoimprint technology is also being studied.

特開2005−208180号公報JP 2005-208180 A 米国特許第5,772,905号US Pat. No. 5,772,905

フォトニック結晶を作製するためのナノインプリントモールドの作製としては、例えば、マスター版用の基板上にステッパーを利用してマスクパターンを形成し、エッチングで所望の凹凸構造を有するマスター版を作製する方法がある。しかし、この場合も、単純な周期ではないフォトニック結晶用のモールド製造では、マスター版の作製工程で、上記と同様の問題があった。また、フォトニック結晶用のモールド作製では、ステッパーの制御は数nmの精度が要求され、ステッパーの制御限界からモールドの大面積化が難しいという問題もあった。   As a method for producing a nanoimprint mold for producing a photonic crystal, for example, there is a method of forming a mask pattern using a stepper on a substrate for a master plate and producing a master plate having a desired concavo-convex structure by etching. is there. However, in this case as well, there is a problem similar to the above in the master plate manufacturing process in the mold manufacturing for photonic crystals that is not a simple cycle. Further, in the production of a mold for a photonic crystal, the control of the stepper is required to have an accuracy of several nm, and there is a problem that it is difficult to increase the area of the mold due to the control limit of the stepper.

一方、マスター版へのマスクパターン形成を電子線描画で行うことにより、単純な周期ではないフォトニック結晶を作製するためのナノインプリントモールドも作製可能である。ここで、電子線スポットビームは、最大直径が30nm程度であり、数十nm以上のサイズの描画には適していない。また、電子線矩形ビームは、1辺が50〜100nm程度の四角形であり、この電子線矩形ビームを用いた円形の描画は、円形に近似した多角形を描画することにより行われる。しかし、このような多角形の電子線描画のデータは、データ量が多く描画に要する時間が多大であり、例えば、直径4インチの基板へのマスクパターン形成における電子線描画には数日を要し、実用レベルにないという問題があった。また、電子線描画では、描画対象であるモールド用の基板の帯電、あるいは、電子線散乱による近接効果の影響により、描画精度が低下するという問題もあった。
本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたものであり、光学素子製造用ナノインプリントモールドを高い精度で製造でき、かつ、大面積化にも対応できる製造方法を提供することを目的とする。
On the other hand, by performing mask pattern formation on the master plate by electron beam drawing, a nanoimprint mold for producing a photonic crystal that is not a simple cycle can also be produced. Here, the electron beam spot beam has a maximum diameter of about 30 nm and is not suitable for drawing with a size of several tens of nm or more. The electron beam rectangular beam is a quadrangle having a side of about 50 to 100 nm, and circular drawing using the electron beam rectangular beam is performed by drawing a polygon approximate to a circle. However, such polygonal electron beam drawing data has a large amount of data and takes a lot of time for drawing. For example, electron beam drawing in forming a mask pattern on a 4-inch diameter substrate requires several days. However, there was a problem that it was not at a practical level. Further, in the electron beam drawing, there is a problem that the drawing accuracy is deteriorated due to the effect of the proximity effect due to the charging of the mold substrate to be drawn or the electron beam scattering.
This invention is made | formed in view of the above situations, and it aims at providing the manufacturing method which can manufacture the nanoimprint mold for optical element manufacture with high precision, and can respond also to enlargement. .

このような目的を達成するために、本発明は、基板の一方の面に感光性レジストを塗布し、該感光性レジストにレーザ描画を行い、その後、現像を施して、所望の開口パターンを有するマスクパターンを形成する工程と、前記マスクパターンを介して前記基板を所望の深さまでエッチングする工程と、を有するような構成とした。
本発明の他の態様として、前記マスクパターンの開口パターンは円形の開口部を有し、該開口部の円形目標直径D(単位:nm)と、使用するレーザの波長λ(単位:nm)と、円形に近似させたレーザ描画データとしての正N角形のN(Nは4以上の整数)、レーザが通過する媒質の屈折率nとの間に、下記の式(1)、式(2)の関係が成立するようにレーザの波長λと、レーザ描画データの正N角形のNを設定するような構成とした。
90 ≦ D ≦ 1000 … 式(1)
λ/n < D < λN/(2n) … 式(2)
In order to achieve such an object, the present invention applies a photosensitive resist to one surface of a substrate, performs laser drawing on the photosensitive resist, and then develops to have a desired opening pattern. The method includes a step of forming a mask pattern and a step of etching the substrate to a desired depth through the mask pattern.
As another aspect of the present invention, the opening pattern of the mask pattern has a circular opening, the circular target diameter D (unit: nm) of the opening, and the wavelength λ (unit: nm) of the laser to be used. The following formulas (1) and (2) between the regular N-square N (N is an integer of 4 or more) as the laser drawing data approximated to a circle and the refractive index n of the medium through which the laser passes. The laser wavelength λ and the regular N-shaped N of the laser drawing data are set so that the above relationship is established.
90 ≦ D ≦ 1000 (1)
λ / n <D <λN / (2n) (2)

本発明の他の態様として、円形に近似させた描画データとしての正N角形の軌道の最大対角線長さをLmax(単位:nm)、正N角形の中心から軌道の1辺への垂線長さをLmin(単位:nm)、円形目標直径D(単位:nm)、レーザのスポット形状の直径d(単位:nm)との間に下記の式(3)、式(4)の関係が成立するようにレーザスポット形状の直径d、正N角形の最大対角線長さLmax、垂線長さLminを設定するような構成とした。
d ≧ 2Lmin … 式(3)
d+2Lmin < D < d+Lmax … 式(4)
前記レーザ描画データの正N角形において、Nは6から8の範囲であるような構成とした。
As another aspect of the present invention, Lmax (unit: nm) is the maximum diagonal length of a regular N-gonal trajectory as drawing data approximated to a circle, and the perpendicular length from the center of the regular N-gon to one side of the trajectory The following equations (3) and (4) are established among Lmin (unit: nm), circular target diameter D (unit: nm), and laser spot shape diameter d (unit: nm). As described above, the diameter d of the laser spot shape, the maximum diagonal length Lmax and the normal length Lmin of the regular N-gon are set.
d ≧ 2Lmin Equation (3)
d + 2Lmin <D <d + Lmax Expression (4)
In the regular N-gon of the laser drawing data, N is in the range of 6 to 8.

このような本発明は、レーザ描画を行いてマスクパターンを形成するので、レーザスポットが円形であり、かつ、スポット径がレーザ波長と略同程度あるいはレーザ波長よりも大きいことの利点を活かして、電子線描画に比べてデータ量の少ない描画データで短時間に真円に近い円形の描画が可能であり、また、電子線描画で生じるような描画対象であるモールド用の基板の帯電、電子線散乱による近接効果の影響、描画精度の低下が防止され、これにより、高い精度でマスクパターンを形成することができ、したがって、作製するモールドの精度も高いものとなり、かつ、大面積化にも対応できる。さらに、電子線描画を用いるモールドの製造方法では、製造に要する時間が長く、製造コストの点から、作製したモールドはナノインプリントに供するのではなく、マスター版として使用しコピーモールドを作製する必要があった。しかし、本発明ではモールドの製造時間を大幅に短縮することができるので製造コストの大幅な低減が可能であり、作製したモールドを直接ナノインプリントに供することができ、コピーモールドに比べて精度面でも優れたモールドの使用を可能とする。   In the present invention, since the mask pattern is formed by performing laser drawing, the advantage is that the laser spot is circular and the spot diameter is approximately the same as or larger than the laser wavelength, It is possible to draw a circular shape close to a perfect circle in a short time with drawing data with a smaller amount of data compared to electron beam drawing. The influence of the proximity effect due to scattering and the reduction of the drawing accuracy are prevented, so that it is possible to form a mask pattern with high accuracy, and therefore the accuracy of the mold to be manufactured is high, and it is also compatible with a large area. it can. Furthermore, in the mold manufacturing method using electron beam drawing, the time required for manufacturing is long, and from the viewpoint of manufacturing cost, the produced mold is not used for nanoimprinting, but must be used as a master plate to produce a copy mold. It was. However, in the present invention, the manufacturing time of the mold can be greatly shortened, so that the manufacturing cost can be greatly reduced, and the manufactured mold can be directly used for nanoimprinting, which is superior in accuracy compared to the copy mold. The mold can be used.

また、マスクパターンの円形の開口部の円形目標直径Dと、使用するレーザの波長λと、円形に近似させたレーザ描画データとしての正N角形のNと、レーザ描画の媒質の屈折率nとの間に所定の関係が成立するようにレーザの波長λと、レーザ描画データの正N角形のNを設定することにより、さらに真円に近い円形描画が可能となり、特に、Nを6から8の範囲とすることにより、データ量の少なさと真円への近似の両立が最適なものとなる。   Further, the circular target diameter D of the circular opening of the mask pattern, the wavelength λ of the laser to be used, a regular N-gonal N as laser drawing data approximated to a circle, and the refractive index n of the laser drawing medium By setting the laser wavelength λ and the regular N-gon N of the laser drawing data so that a predetermined relationship is established between them, it becomes possible to draw a circle that is closer to a perfect circle. By making this range, it is optimal to achieve both a small amount of data and approximation to a perfect circle.

本発明の光学素子製造用ナノインプリントモールドの製造方法を説明するための工程図である。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method of the nanoimprint mold for optical element manufacture of this invention. 本発明の光学素子製造用ナノインプリントモールドの製造方法を説明するための工程図である。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method of the nanoimprint mold for optical element manufacture of this invention. 正4角形の軌道を設定した場合のレーザ描画を説明するための図である。It is a figure for demonstrating laser drawing at the time of setting a regular square orbit. 正6角形の軌道を設定した場合のレーザ描画を説明するための図である。It is a figure for demonstrating laser drawing at the time of setting a regular hexagonal orbit. 正8角形の軌道を設定した場合のレーザ描画を説明するための図である。It is a figure for demonstrating laser drawing at the time of setting a regular octagonal orbit. 本発明により製造されたナノインプリントモールドを使用した光インプリント方法の一例を説明するための工程図である。It is process drawing for demonstrating an example of the optical imprint method using the nanoimprint mold manufactured by this invention. ステッパーのショットとパターンの周期性との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the shot of a stepper and the periodicity of a pattern. ステッパーのショットとパターンの周期性との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the shot of a stepper and the periodicity of a pattern. ステッパーのショットとパターンの周期性との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the shot of a stepper and the periodicity of a pattern.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1および図2は、本発明の光学素子製造用ナノインプリントモールドの製造方法を説明するための工程図である。まず、基板1の一方の面に感光性レジスト4を塗布し(図1(A))、次に、感光性レジスト4にレーザ描画を行い、その後、現像し、必要に応じて硬化処理を施して、所望の開口パターン5aを有するマスクパターン5を形成する(図1(B))。尚、本発明におけるレーザ描画については後述する。
図示例では、基板1は基材2の一方の面2aにハードマスクとして金属膜3を備えたものであり、この金属膜3上に感光性レジスト4が塗布されている。基材2は、例えば、ガラス、石英、シリコン等の無機材料からなるものを使用することができ、また、樹脂材料からなるものであってもよい。基材2の厚さは適宜設定することができ、例えば、0.5mm〜7mm程度の範囲で設定することができる。金属膜3は、基材2をエッチングするためのハードマスクとして機能すること、あるいは、基材2が透明な場合に裏面からのレーザの反射を防止することを目的としたものであり、例えば、クロム等の材質であってよく、厚みは、例えば、10nm〜110nm程度の範囲で適宜設定することができる。このような金属膜3は、公知の真空成膜法により形成することができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 and 2 are process diagrams for explaining a method for producing a nanoimprint mold for producing an optical element of the present invention. First, a photosensitive resist 4 is applied to one surface of the substrate 1 (FIG. 1A), then laser drawing is performed on the photosensitive resist 4, and then developed, and a curing process is performed as necessary. Then, a mask pattern 5 having a desired opening pattern 5a is formed (FIG. 1B). The laser drawing in the present invention will be described later.
In the illustrated example, the substrate 1 is provided with a metal film 3 as a hard mask on one surface 2 a of a base material 2, and a photosensitive resist 4 is applied on the metal film 3. As the base material 2, for example, a material made of an inorganic material such as glass, quartz, or silicon can be used, or a material made of a resin material may be used. The thickness of the base material 2 can be set as appropriate, and can be set, for example, in the range of about 0.5 mm to 7 mm. The metal film 3 is intended to function as a hard mask for etching the base material 2 or to prevent laser reflection from the back surface when the base material 2 is transparent. A material such as chromium may be used, and the thickness can be appropriately set within a range of about 10 nm to 110 nm, for example. Such a metal film 3 can be formed by a known vacuum film forming method.

また、感光性レジスト4は、使用するレーザの波長域に感光波長域を有するものであり、例えば、G線用レジスト、I線用レジスト、DUV用レジスト、化学増幅型レジスト等を使用することができる。感光性レジスト4の塗布は、例えば、スピンコート法、ブレードコート法、バーコート法、スリットコート法、ダイコート法、ロールコート法、ディップコート法、スプレーコート法、ディスペンサーコート法等による行うことができる。また、感光性レジスト4の塗布厚み(乾燥後の厚み)は、マスクパターン5の厚みを左右するものであり、例えば、0.2μm〜0.6μm、好ましくは0.3μm〜0.5μmの範囲で適宜設定することができる。感光性レジスト4の塗布厚みが0.2μm未満であると、金属膜3をエッチングすることが難しくなり、0.6μmを超えると、所望のフォトニック結晶構造を解像させることが難しくなり好ましくない。   The photosensitive resist 4 has a photosensitive wavelength region in the wavelength region of the laser to be used. For example, a G-line resist, an I-line resist, a DUV resist, a chemically amplified resist, or the like may be used. it can. The photosensitive resist 4 can be applied by, for example, spin coating, blade coating, bar coating, slit coating, die coating, roll coating, dip coating, spray coating, dispenser coating, and the like. . Further, the coating thickness (thickness after drying) of the photosensitive resist 4 affects the thickness of the mask pattern 5 and is, for example, in the range of 0.2 μm to 0.6 μm, preferably 0.3 μm to 0.5 μm. Can be set as appropriate. If the coating thickness of the photosensitive resist 4 is less than 0.2 μm, it is difficult to etch the metal film 3, and if it exceeds 0.6 μm, it is difficult to resolve the desired photonic crystal structure, which is not preferable. .

次いで、マスクパターン5を介して基板1を所望の深さまでエッチングし(図1(C))、その後、マスクパターン5を除去して、所望の凹部構造12を備えたモールド11を作製する(図1(D))。基板1のエッチングは、まず、金属膜3をエッチングするが、この金属膜3のエッチングはエッチャントを利用したウェットプロセスも可能であるが、パターンが微細なため、ドライプロセスが好ましい。ドライプロセスにおけるプロセスガスとしては、例えば金属膜3がクロムの場合には、酸素と塩素を用いることが好ましい。   Next, the substrate 1 is etched to a desired depth through the mask pattern 5 (FIG. 1C), and then the mask pattern 5 is removed to produce a mold 11 having a desired recess structure 12 (FIG. 1). 1 (D)). In the etching of the substrate 1, first, the metal film 3 is etched. The metal film 3 can be etched by a wet process using an etchant. However, since the pattern is fine, a dry process is preferable. As a process gas in the dry process, for example, when the metal film 3 is chromium, it is preferable to use oxygen and chlorine.

次に、基材2を所望の深さまでエッチングするが、ここでは、例えば基材が石英の場合は、ドライプロセスが好ましく、プロセスガスとしてはフッ素系ガスを用いることが好ましい。このようなエッチングで形成する凹部構造12の深さは、モールドを用いて作製する光学素子に応じて適宜設定することができ、例えば、フォトニック結晶の作製用途の場合には、深さは100nm〜2000nm程度の範囲で設定することができる。以上の工程により、光学素子製造用ナノインプリントモールドが作製される。
尚、上記のモールド11では、金属膜3を残した状態となっているが、通常は金属膜3がない状態が多く、金属膜3が不要な場合は、金属膜用のエッチャントを用いて金属膜3をウェットプロセスで除去してモールド11とする。
Next, the substrate 2 is etched to a desired depth. Here, for example, when the substrate is quartz, a dry process is preferable, and a fluorine-based gas is preferably used as the process gas. The depth of the concave structure 12 formed by such etching can be appropriately set according to the optical element manufactured using a mold. For example, in the case of a photonic crystal manufacturing application, the depth is 100 nm. It can set in the range of about ~ 2000 nm. Through the above steps, a nanoimprint mold for producing an optical element is produced.
In the above-described mold 11, the metal film 3 is left, but usually there is no metal film 3, and when the metal film 3 is unnecessary, the metal film 3 is etched using an etchant for the metal film. The film 3 is removed by a wet process to form a mold 11.

また、本発明では、以下の述べるように、上記のように作製したモールドをマスター版として、このマスター版からコピーモールドを作製し、このコピーモールドを光学素子製造用ナノインプリントモールドとしてもよい。すなわち、コピーモールド用基材22上にインプリント材料23を、例えば、スピンコート法、ブレードコート法、バーコート法、スリットコート法、ダイコート法、ロールコート法、ディップコート法、スプレーコート法、ディスペンサーコート法等により供給し、インプリント材料23にモールド11を押付ける(図2(A))。そして、インプリント材料23を硬化させてモールド11を離型し(図2(B))、形成されたインプリント材料の残膜部23aを除去してインプリント材料によるマスクパターンを形成し、コピーモールド用基材22を選択的に露出させる。次いで、コピーモールド用基材22の露出部に対してドライエッチングを施して凹部22aを形成し、その後、マスクパターンとして機能したインプリント材料23を除去する。これにより、モールド11の反転パターンを有するコピーモールド21を作製する(図2(C))。このコピーモールド21を用いて所定の光学素子を製造してもよい。   In the present invention, as described below, the mold produced as described above may be used as a master plate, a copy mold may be produced from the master plate, and the copy mold may be used as a nanoimprint mold for optical element production. That is, the imprint material 23 is applied onto the copy mold substrate 22 by, for example, spin coating, blade coating, bar coating, slit coating, die coating, roll coating, dip coating, spray coating, and dispenser. Supply is made by a coating method or the like, and the mold 11 is pressed against the imprint material 23 (FIG. 2A). Then, the imprint material 23 is cured to release the mold 11 (FIG. 2B), and the remaining film portion 23a of the formed imprint material is removed to form a mask pattern using the imprint material. The mold substrate 22 is selectively exposed. Next, the exposed portion of the copy mold substrate 22 is dry-etched to form the recess 22a, and then the imprint material 23 functioning as a mask pattern is removed. Thereby, a copy mold 21 having a reversal pattern of the mold 11 is produced (FIG. 2C). A predetermined optical element may be manufactured using the copy mold 21.

ここで、感光性レジスト4のレーザ描画について説明する。
本発明では、マスクパターン5に形成する開口パターン5aの円形目標直径D(形成目標である真円形状の開口の直径、単位:nm)と、使用するレーザの波長λ(単位:nm)と、円形に近似させたレーザ描画データとしての正N角形のN(Nは4以上の整数)、レーザ描画の媒質の屈折率nとの間に下記の式(1)、式(2)の関係が成立するようにレーザの波長λと、レーザ描画データの正N角形のNを設定する。円形目標直径Dが90nm未満であると、レーザスポットの直径の限界以下となりレーザ描画ができず、また、1000nmを超えると、レーザスポットの直径に比較して大きすぎるため、より円形に近づけるために正N角形のNを大きく設定する必要があり、設計上好ましくない。また、式(2)の関係が成立しないようなレーザ、描画データを使用した場合、後述する真円率が増大するので好ましくない。尚、レーザが通過する媒質が空気の場合、屈折率nを1とする。
90 ≦ D ≦ 1000 … 式(1)
λ/n < D < λN/(2n) … 式(2)
Here, laser drawing of the photosensitive resist 4 will be described.
In the present invention, the circular target diameter D of the opening pattern 5a to be formed in the mask pattern 5 (diameter of a perfect circular opening as a formation target, unit: nm), the wavelength λ (unit: nm) of the laser to be used, The relation of the following formulas (1) and (2) between the regular N-gon N (N is an integer of 4 or more) as the laser drawing data approximated to a circle and the refractive index n of the laser drawing medium. The laser wavelength λ and the regular N-gon N of the laser drawing data are set so as to be established. If the circular target diameter D is less than 90 nm, laser drawing cannot be performed because it is less than the limit of the diameter of the laser spot, and if it exceeds 1000 nm, it is too large compared to the diameter of the laser spot. It is necessary to set N of the regular N-gon large, which is not preferable in design. In addition, it is not preferable to use a laser or drawing data that does not hold the relationship of formula (2) because the roundness described later increases. When the medium through which the laser passes is air, the refractive index n is 1.
90 ≦ D ≦ 1000 (1)
λ / n <D <λN / (2n) (2)

そして、使用可能なレーザの中に、そのスポット形状の直径dが、マスクパターン5に形成する開口パターン5aの円形目標直径Dに一致するものが存在する場合には、そのレーザを所望の位置に点照射して描画とすることができる。   If there is a laser having a diameter d that matches the circular target diameter D of the opening pattern 5a formed in the mask pattern 5 among the usable lasers, the laser is brought to a desired position. It can be drawn by spot irradiation.

また、円形目標直径Dが使用可能なレーザのスポット形状の直径dよりも大きい場合には、円形に近似させた描画データとして正N角形の軌道を設定し、この軌道上をレーザで描画する。この場合、正N角形の軌道の最大対角線長さをLmax(単位:nm)、正N角形の中心から軌道の1辺への垂線長さをLmin(単位:nm)としたときに、円形目標直径D(単位:nm)、レーザのスポット形状の直径d(単位:nm)、最大対角線長さLmax、垂線長さLminとの間に下記の式(3)、式(4)の関係が成立するようにレーザスポット形状の直径d、描画データとして正N角形(最大対角線長さLmax、垂線長さLmin)を設定する。この関係が成立しない場合、正N角形の軌道上を描画した領域内に未描画の部位が残存することになったり、また、後述する真円率が増大するので好ましくない。
d ≧ 2Lmin … 式(3)
d+2Lmin < D < d+Lmax … 式(4)
When the circular target diameter D is larger than the diameter d of the laser spot shape that can be used, a regular N-gonal trajectory is set as drawing data approximated to a circular shape, and the trajectory is drawn with the laser. In this case, when the maximum diagonal length of the regular N-gonal trajectory is Lmax (unit: nm), and the perpendicular length from the center of the regular N-gonal to one side of the trajectory is Lmin (unit: nm), the circular target The following equations (3) and (4) are established among the diameter D (unit: nm), the laser spot shape diameter d (unit: nm), the maximum diagonal length Lmax, and the perpendicular length Lmin. Thus, the diameter d of the laser spot shape and a regular N-gon (maximum diagonal length Lmax, perpendicular length Lmin) are set as drawing data. If this relationship is not established, an undrawn part remains in the region drawn on the regular N-gonal trajectory, and the roundness rate described later increases, which is not preferable.
d ≧ 2Lmin Equation (3)
d + 2Lmin <D <d + Lmax Expression (4)

本発明において使用するレーザ描画機としては、描画する最小単位(アドレスサイズ)が数nmで制御させることが可能な描画機が好ましい。これは、円形パターンを数nmの座標位置ごとに描画する必要があるためである。また、上記のように、本発明の円形目標直径Dは、90nm〜1000nmの範囲であることから、使用するレーザ描画機の波長としてはDUV(深紫外光)が適している。   As the laser drawing machine used in the present invention, a drawing machine capable of controlling the minimum unit (address size) for drawing with several nm is preferable. This is because it is necessary to draw a circular pattern for each coordinate position of several nm. As described above, since the circular target diameter D of the present invention is in the range of 90 nm to 1000 nm, DUV (deep ultraviolet light) is suitable as the wavelength of the laser drawing machine to be used.

図3は正4角形(N=4)の軌道を設定した場合のレーザ描画を説明するための図である。この場合、正4角形の軌道31の対角線の長さが最大対角線長さLmaxとなり、垂線長さLminは正4角形の1辺の長さの半分に相当する(図3(A))。図示例では、直径dのレーザスポット41に斜線を付して示している。そして、正4角形の軌道31上を、レーザスポット41を走査(図示例では右回りに走査)することにより、外郭線51で囲まれる領域の描画が行われる(図3(B))。尚、図示例では、正4角形の軌道31の4つの頂点に位置するときのレーザスポット41を鎖線で示している。図3(C)に示されるように、このようにレーザ描画を行った領域(外郭線51で囲まれる領域であり、斜線を付している)と、直径Dの真円(二点鎖線で示している)とを対比すると、正4角形の軌道31の各頂点に対応する部位での描画領域は真円の外側に突出し、正4角形の軌道31の各辺の中央部に対応する部位での描画領域は真円の内側に位置している。   FIG. 3 is a diagram for explaining laser drawing when a regular quadrangle (N = 4) trajectory is set. In this case, the diagonal length of the regular rectangular orbit 31 is the maximum diagonal length Lmax, and the perpendicular length Lmin corresponds to half the length of one side of the regular square (FIG. 3A). In the illustrated example, the laser spot 41 having a diameter d is indicated by hatching. Then, by scanning the laser spot 41 (scanning clockwise in the illustrated example) on the regular square orbit 31, the region surrounded by the outline 51 is drawn (FIG. 3B). In the illustrated example, the laser spot 41 when positioned at the four apexes of the regular tetragonal orbit 31 is indicated by a chain line. As shown in FIG. 3C, the laser-drawn region (the region surrounded by the outline 51 and is shaded) and the true circle with the diameter D (two-dot chain line) 2), the drawing area at the portion corresponding to each vertex of the regular tetragonal trajectory 31 protrudes outside the perfect circle, and the portion corresponding to the central portion of each side of the regular tetragonal trajectory 31. The drawing area in is located inside the perfect circle.

また、図4は正6角形(N=6)の軌道を設定した場合のレーザ描画を説明するための図である。この場合、正6角形の軌道32の最大対角線長さLmaxは中心を通る対角線の長さとなる(図4(A))。図示例では、直径dのレーザスポット42に斜線を付して示している。そして、正6角形の軌道32上を、レーザスポット42を走査(図示例では右回りに走査)することにより、外郭線52で囲まれる領域の描画が行われる(図4(B))。尚、図示例では、正6角形の軌道32の6つの頂点に位置するときのレーザスポット42を鎖線で示している。図4(C)に示されるように、このようにレーザ描画を行った領域(外郭線52で囲まれる領域であり、斜線を付している)と、直径Dの真円(二点鎖線で示している)とを対比すると、正6角形の軌道32の各頂点に対応する部位での描画領域は真円の外側に突出し、正6角形の軌道32の各辺の中央部に対応する部位での描画領域は真円の内側に位置している。   FIG. 4 is a diagram for explaining laser drawing when a regular hexagonal (N = 6) trajectory is set. In this case, the maximum diagonal length Lmax of the regular hexagonal orbit 32 is the length of the diagonal passing through the center (FIG. 4A). In the illustrated example, the laser spot 42 having a diameter d is indicated by hatching. Then, by scanning the laser spot 42 on the regular hexagonal orbit 32 (scanning clockwise in the illustrated example), the region surrounded by the outline 52 is drawn (FIG. 4B). In the illustrated example, the laser spot 42 at the six apexes of the regular hexagonal orbit 32 is indicated by a chain line. As shown in FIG. 4C, the laser-drawn region (the region surrounded by the outline 52 and is shaded) and the perfect circle with the diameter D (two-dot chain line) 2), the drawing region at the portion corresponding to each vertex of the regular hexagonal trajectory 32 protrudes outside the perfect circle, and the portion corresponding to the center of each side of the regular hexagonal trajectory 32. The drawing area in is located inside the perfect circle.

さらに、図5は正8角形(N=8)の軌道を設定した場合のレーザ描画を説明するための図である。この場合、正8角形の軌道33の最大対角線長さLmaxは中心を通る対角線の長さとなる(図5(A))。図示例では、直径dのレーザスポット43に斜線を付して示している。そして、正8角形の軌道33上を、レーザスポット43を走査(図示例では右回りに走査)することにより、外郭線53で囲まれる領域の描画が行われる(図5(B))。尚、図示例では、正8角形の軌道33の8つの頂点に位置するときのレーザスポット43を鎖線で示している。図5(C)に示されるように、このようにレーザ描画を行った領域(外郭線53で囲まれる領域であり、斜線を付している)と、直径Dの真円(二点鎖線で示している)とを対比すると、正8角形の軌道33の各頂点に対応する部位での描画領域は真円の外側に突出し、正8角形の軌道33の各辺の中央部に対応する部位での描画領域は真円の内側に位置している。   Further, FIG. 5 is a diagram for explaining laser drawing when a regular octagonal (N = 8) trajectory is set. In this case, the maximum diagonal length Lmax of the regular octagonal orbit 33 is the length of the diagonal passing through the center (FIG. 5A). In the illustrated example, the laser spot 43 having a diameter d is indicated by hatching. Then, by scanning the laser spot 43 (scanning clockwise in the illustrated example) on the regular octagonal orbit 33, the region surrounded by the outline 53 is drawn (FIG. 5B). In the illustrated example, the laser spot 43 when located at the eight vertices of the regular octagonal orbit 33 is indicated by a chain line. As shown in FIG. 5C, the laser-drawn region (the region surrounded by the outline 53 and is hatched), and a perfect circle with a diameter D (two-dot chain line) 2), the drawing region at the portion corresponding to each vertex of the regular octagonal trajectory 33 protrudes to the outside of the perfect circle, and the portion corresponding to the central portion of each side of the regular octagonal trajectory 33. The drawing area in is located inside the perfect circle.

このような描画領域の外郭線51、52、53の真円率は、走査型電子線顕微鏡(SEM)で観測したパターンの真円に対するずれを平均2乗誤差方法で計測することで求め、本明細書ではこの真円率を、その値が小さい場合には真円に対するずれが小さく、形成されたパターンが真円に近いことを示し、一方その値が大きい場合には真円に対するずれが大きく、形成されたパターンが真円から遠いことを示す指標とする。そして、本発明では、下記のように真円率を算出し、真円率が3%以下である場合を実用レベルとする。通常、レーザ描画データとしての正N角形のNが6以上であれば真円率が3%以下となり、Nが大きい程、真円率が低下する。しかし、Nが大きくなるとデータ量は増大し、レーザ描画に要する時間が増大する。このため、Nを6から8の範囲とすることにより、データ量の少なさと真円への近似の両立が最適なものとなる。
(真円率の算出)
得られたSEM像から、理想真円半径をR(θ)とし、SEM計測にて得られた
半径をR′(θ)とし、真円率Δ(θ)を
Δ(θ)=[│R(θ)−R′(θ) │/R(θ)]×100
から算出し、各θ位置で求めたΔ(θ)の平均値を真円率とする。
The roundness of the contour lines 51, 52, and 53 in such a drawing region is obtained by measuring the deviation of the pattern observed with a scanning electron beam microscope (SEM) from the perfect circle by the mean square error method. In the specification, this roundness ratio indicates that when the value is small, the deviation from the perfect circle is small and the formed pattern is close to the perfect circle, whereas when the value is large, the deviation from the perfect circle is large. , And an index indicating that the formed pattern is far from a perfect circle. In the present invention, the roundness is calculated as follows, and the case where the roundness is 3% or less is regarded as a practical level. Usually, when the N of the regular N-gon as the laser drawing data is 6 or more, the roundness is 3% or less, and the larger N is, the lower the roundness is. However, as N increases, the amount of data increases and the time required for laser drawing increases. For this reason, by setting N in the range of 6 to 8, both the small amount of data and the approximation to the perfect circle are optimal.
(Calculation of roundness)
From the obtained SEM image, the ideal perfect circle radius is R (θ), the radius obtained by SEM measurement is R ′ (θ), and the perfect circle ratio Δ (θ) is
Δ (θ) = [| R (θ) −R ′ (θ) | / R (θ)] × 100
The average value of Δ (θ) calculated at each θ position is taken as the roundness.

本発明の円形目標直径Dは、上記の式(1)で説明したように、90nm〜1000nmの範囲であることが好ましい。当該範囲から外れると、例えば、作製される光学素子がLEDの発光面に設けるフォトニック結晶の場合、フォトニック結晶によるLEDの外部取出効率が低下してしまうためである。また、当該範囲のパターンを作製するには従来の電子線描画では短時間、かつ高精度で作製することが困難であり、レーザ描画を採用する利点がより発揮される。また、本発明ではレーザ描画を用いることで、電子線に比べて近接効果の影響が抑えられるため、隣接するパターンの中心同士の間隔を数nm以下となるように狭めて設計することもでき、得られるモールドを用いてより高機能な光学素子を形成することが可能となる。また、本発明ではレーザ描画を用いることでパターン密度が大きい場合にも、電子線描画で必要な電子線近接効果補正の演算を行う必要がなく、描画データの作製時間を短縮することができる。   The circular target diameter D of the present invention is preferably in the range of 90 nm to 1000 nm as described in the above formula (1). For example, in the case where the optical element to be manufactured is a photonic crystal provided on the light emitting surface of the LED, the external extraction efficiency of the LED by the photonic crystal is reduced when the optical element is out of the range. In addition, it is difficult to produce a pattern in this range with a conventional electron beam drawing in a short time and with high accuracy, and the advantage of employing laser drawing is more exhibited. In addition, since the influence of the proximity effect is suppressed by using laser drawing in the present invention, the distance between the centers of adjacent patterns can be designed to be several nm or less, It is possible to form a more functional optical element using the obtained mold. Further, in the present invention, even when the pattern density is high by using laser drawing, it is not necessary to perform an electron beam proximity effect correction necessary for electron beam drawing, and the drawing data production time can be shortened.

このように、本発明ではレーザ描画を行いてマスクパターン5を形成するので、レーザスポットが円形であり、かつ、スポット径がレーザ波長と略同程度あるいはレーザ波長よりも大きいことの利点を活かして、電子線描画に比べてデータ量の少ない描画データで短時間に真円に近い円形の描画が可能である。また、電子線描画で生じるような描画対象であるモールド用の基板の帯電、電子線散乱による近接効果の影響、描画精度の低下が防止される。このため、高い精度でマスクパターンを形成することができ、したがって、作製するモールド11の精度、あるいは、このモールド11をマスター版として用いて作製するコピーモールド21の精度も高いものとなり、かつ、大面積化にも対応できる。
尚、上述の実施形態は例示であり、本発明はこれに限定されるものではない。
As described above, in the present invention, since the mask pattern 5 is formed by performing laser drawing, the advantage is that the laser spot is circular and the spot diameter is approximately the same as or larger than the laser wavelength. Thus, it is possible to draw a circular shape close to a perfect circle in a short time with drawing data having a smaller amount of data than electron beam drawing. Further, charging of the mold substrate, which is a drawing target, which occurs in electron beam drawing, the influence of the proximity effect due to electron beam scattering, and a reduction in drawing accuracy are prevented. Therefore, the mask pattern can be formed with high accuracy. Therefore, the accuracy of the mold 11 to be manufactured, or the accuracy of the copy mold 21 to be manufactured using the mold 11 as a master plate is also high. It can cope with area increase.
In addition, the above-mentioned embodiment is an illustration and this invention is not limited to this.

次に、本発明により製造されたナノインプリントモールドを使用した光インプリント方法の一例について、上述のモールド21を用いた場合を例として、図6を参照して説明する。
まず、所望の凹凸構造を形成する対象である基板71の一方の面に光硬化性樹脂層72を形成する(図6(A))。基板71の材質は、作製する光学素子に応じて適宜選択することができ、特に制限はなく、例えば、フォトニック結晶の作製用途の場合には、シリコン、サファイア、シリコン炭化ケイ素、スピネル等を挙げることができる。
Next, an example of the optical imprint method using the nanoimprint mold manufactured according to the present invention will be described with reference to FIG. 6 using the above-described mold 21 as an example.
First, the photocurable resin layer 72 is formed on one surface of the substrate 71 which is a target for forming a desired uneven structure (FIG. 6A). The material of the substrate 71 can be appropriately selected according to the optical element to be manufactured, and is not particularly limited. For example, in the case of a photonic crystal manufacturing application, silicon, sapphire, silicon silicon carbide, spinel, and the like can be given. be able to.

次に、モールド21を光硬化性樹脂層72に押し当て、モールド21を介して光硬化性樹脂層72に光を照射して硬化させる(図6(B))。その後、モールド21を離型することにより、モールド21が有する凹凸構造22が反転した凹凸構造72aを有する樹脂層72′が得られる(図6(C))。そして、樹脂層72′をマスクとして、基板71をドライエッチングし(図6(D))、その後、樹脂層72′を除去することにより所望の凹凸構造74を備えた基板71を得ることができる(図6(E))。   Next, the mold 21 is pressed against the photocurable resin layer 72, and the photocurable resin layer 72 is irradiated with light through the mold 21 to be cured (FIG. 6B). Thereafter, the mold 21 is released to obtain a resin layer 72 ′ having a concavo-convex structure 72a in which the concavo-convex structure 22 of the mold 21 is inverted (FIG. 6C). Then, using the resin layer 72 ′ as a mask, the substrate 71 is dry-etched (FIG. 6D), and then the resin layer 72 ′ is removed to obtain the substrate 71 having a desired concavo-convex structure 74. (FIG. 6 (E)).

次に、より具体的な実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
[実施例1]
金属膜としてクロム薄膜(厚み60nm)を一方の面に有する石英基材(直径6インチ、厚み6.35mm)を基板として準備し、この基板のクロム薄膜上に感光性レジスト(富士フイルム(株)製 FEP−171レジスト)をスピンコート法で塗布し、120℃で10分間乾燥した。乾燥後の感光性レジストの厚みは0.3μmであった。
次に、レーザ描画装置 (ETEC(株)製 ALTA4300)を用いて、形成目標である真円形状の開口の直径D(円形目標直径D)を500nmに設定し、下記の条件で感光性レジストをレーザ描画した。この条件は、上記の式(1)、式(2)、式(3)、式(4)の関係を満足するものであった。また、下記の条件でレーザ描画を行う領域は、基板の中央の直径4インチの円形状領域とした。
(レーザ描画の条件)
・使用レーザ : アルゴンイオンレーザ(2倍高調波、波長257nm)
・レーザスポット径d : 250nm
・レーザ描画の媒質 : 空気
・描画データの正N角形 : N=6
最大対角線長さLmax=277nm
垂線長さLmin=120nm
このような条件でのレーザ描画に要した時間は1.5時間であった。
Next, the present invention will be described in more detail by showing more specific examples.
[Example 1]
A quartz base material (diameter 6 inches, thickness 6.35 mm) having a chromium thin film (thickness 60 nm) on one side as a metal film is prepared as a substrate, and a photosensitive resist (Fuji Film Co., Ltd.) is formed on the chromium thin film of the substrate. Manufactured FEP-171 resist) was applied by spin coating and dried at 120 ° C. for 10 minutes. The thickness of the photosensitive resist after drying was 0.3 μm.
Next, using a laser drawing apparatus (ALTA4300 manufactured by ETEC Co., Ltd.), the diameter D (circular target diameter D) of the perfect circular opening which is the formation target is set to 500 nm, and the photosensitive resist is formed under the following conditions. Laser drawing. This condition satisfied the relationship of the above formula (1), formula (2), formula (3), and formula (4). In addition, a region where laser drawing is performed under the following conditions is a circular region having a diameter of 4 inches at the center of the substrate.
(Conditions for laser drawing)
・ Laser used: Argon ion laser (double harmonic, wavelength 257 nm)
・ Laser spot diameter d: 250 nm
-Laser drawing medium: Air-Regular N-gon of drawing data: N = 6
Maximum diagonal length Lmax = 277nm
Perpendicular length Lmin = 120nm
The time required for laser drawing under such conditions was 1.5 hours.

次に、レーザ描画を行った感光性レジストをポストベーク(120℃、10分間)した後、現像し、硬化処理(120℃、10分間)を施して、直径500nmの円形の開口がピッチ550nmで図9に示されるように配設された開口パターンを有するマスクパターンを形成した。この開口パターンの円形開口の真円率を、上述にようにSEMを使用して測定、算出したところ、2.2%であり、実用レベル(真円率が3%以下)にあることが確認された。
次いで、ドライエッチング装置(プロセスガス:酸素、塩素)を用いてマスクパターンを介しクロム薄膜をエッチングし、その後、同様にドライエッチング装置(プロセスガス:フッ素系ガス)を用いてマスクパターンを介し石英基材をエッチングした。その後、マスクパターンを除去した。これにより、表面のクロム薄膜からの深さが500nmである凹部構造が、上記のマスクパターンの開口パターンと同様に配列したパターンを形成した。その後、エッチャントとしての硝酸セリウム第二アンモニウム溶液に浸し、表面のクロム薄膜を除去してモールドを得た。
Next, the photosensitive resist subjected to laser drawing is post-baked (120 ° C., 10 minutes), developed, and subjected to a curing process (120 ° C., 10 minutes). A mask pattern having an opening pattern arranged as shown in FIG. 9 was formed. When the roundness of the circular opening of this opening pattern was measured and calculated using SEM as described above, it was 2.2%, and it was confirmed that it was at a practical level (roundness is 3% or less). It was done.
Next, the chromium thin film is etched through the mask pattern using a dry etching apparatus (process gas: oxygen, chlorine), and then the quartz substrate is similarly formed through the mask pattern using a dry etching apparatus (process gas: fluorine-based gas). The material was etched. Thereafter, the mask pattern was removed. As a result, a pattern was formed in which the concave structure having a depth of 500 nm from the chromium thin film on the surface was arranged in the same manner as the opening pattern of the mask pattern. Then, it was immersed in a cerium diammonium nitrate solution as an etchant, and the chromium thin film on the surface was removed to obtain a mold.

[実施例2]
レーザ描画の条件を下記の条件とした他は、実施例1と同様にしてマスクパターンを作製した。このレーザ描画の条件は、上記の式(1)、式(2)、式(3)、式(4)の関係を満足するものであった。
(レーザ描画の条件)
・使用レーザ : アルゴンイオンレーザ(2倍高調波、波長257nm)
・レーザスポット径d : 250nm
・レーザ描画の媒質 : 空気
・描画データの正N角形 : N=8
最大対角線長さLmax=260nm
垂線長さLmin=120nm
このような条件でのレーザ描画に要した時間は1.6時間であった。
[Example 2]
A mask pattern was produced in the same manner as in Example 1 except that the laser drawing conditions were as follows. The laser drawing conditions satisfied the relationships of the above formulas (1), (2), (3), and (4).
(Conditions for laser drawing)
・ Laser used: Argon ion laser (double harmonic, wavelength 257 nm)
・ Laser spot diameter d: 250 nm
-Laser drawing medium: Air-Regular N-gon of drawing data: N = 8
Maximum diagonal length Lmax = 260nm
Perpendicular length Lmin = 120nm
The time required for laser drawing under such conditions was 1.6 hours.

このように形成したマスクパターンの開口パターンの円形開口の真円率を実施例1と同様に測定、算出したところ、1.3%であり、実用レベル(真円率が3%以下)にあることが確認された。
次いで、形成したマスクパターンを介し、実施例1と同様にして、エッチングを行い、その後、マスクパターンを除去した。これにより、表面のクロム薄膜からの深さが500nmである凹部構造が、上記のマスクパターンの開口パターンと同様に配列したパターンを形成した。その後、エッチャントとしての硝酸セリウム第二アンモニウム溶液に浸し、表面のクロム薄膜を除去してモールドを得た。
When the roundness of the circular opening of the opening pattern of the mask pattern formed in this way was measured and calculated in the same manner as in Example 1, it was 1.3% and was at a practical level (roundness is 3% or less). It was confirmed.
Next, etching was performed in the same manner as in Example 1 through the formed mask pattern, and then the mask pattern was removed. As a result, a pattern was formed in which the concave structure having a depth of 500 nm from the chromium thin film on the surface was arranged in the same manner as the opening pattern of the mask pattern. Then, it was immersed in a cerium diammonium nitrate solution as an etchant, and the chromium thin film on the surface was removed to obtain a mold.

[比較例1]
実施例1と同様の基板を準備し、この基板のクロム薄膜上に感光性レジスト(富士フイルム(株)製 FEP−171レジスト)をスピンコート法で塗布し、120℃で10分間乾燥した。乾燥後の感光性レジストの厚みは0.3μmであった。
次に、電子線描画装置 (日本電子(株)製 JBX9000)を用いて、形成目標である真円形状の開口の直径D(円形目標直径D)を実施例1、2と同様に500nmに設定し、下記の条件で感光性レジストを電子線描画した。
(電子線描画の条件)
・露光量 : 13μC/cm2
・近接効果補正パラメーター : η=0.8、σ=10
・描画データの正N角形 : N=8
このような条件での電子線描画に要した時間は約10日間であった。
[Comparative Example 1]
A substrate similar to that of Example 1 was prepared, and a photosensitive resist (FEP-171 resist manufactured by Fuji Film Co., Ltd.) was applied on the chromium thin film of this substrate by a spin coating method and dried at 120 ° C. for 10 minutes. The thickness of the photosensitive resist after drying was 0.3 μm.
Next, using an electron beam drawing apparatus (JBX9000 manufactured by JEOL Ltd.), the diameter D (circular target diameter D) of the perfect circular opening which is the formation target is set to 500 nm as in Examples 1 and 2. The photosensitive resist was drawn with an electron beam under the following conditions.
(Conditions for electron beam drawing)
・ Exposure: 13μC / cm 2
Proximity effect correction parameters: η = 0.8, σ = 10
-Regular N-gon of drawing data: N = 8
The time required for electron beam drawing under such conditions was about 10 days.

次に、電子線描画を行った感光性レジストを現像し、硬化処理(120℃、10分間)を施して、直径500nmの円形の開口がピッチ550nmで図9に示されるように配設された開口パターンを有するマスクパターンを形成した。この開口パターンの円形開口の真円率を実施例1と同様に測定、算出したところ、2.0%であり、実用レベル(真円率が3%以下)にあることが確認された。
次いで、形成したマスクパターンを介し、実施例1と同様にして、エッチングを行い、その後、マスクパターンを除去した。これにより、表面のクロム薄膜からの深さが500nmである凹部構造が、上記のマスクパターンの開口パターンと同様に配列したパターンを形成した。その後、エッチャントとしての硝酸セリウム第二アンモニウム溶液に浸し、表面のクロム薄膜を除去してモールドを得た。
Next, the photosensitive resist on which electron beam drawing was performed was developed and cured (120 ° C., 10 minutes), and circular openings with a diameter of 500 nm were arranged at a pitch of 550 nm as shown in FIG. A mask pattern having an opening pattern was formed. When the roundness of the circular opening of this opening pattern was measured and calculated in the same manner as in Example 1, it was 2.0%, and it was confirmed that it was at a practical level (roundness is 3% or less).
Next, etching was performed in the same manner as in Example 1 through the formed mask pattern, and then the mask pattern was removed. As a result, a pattern was formed in which the concave structure having a depth of 500 nm from the chromium thin film on the surface was arranged in the same manner as the opening pattern of the mask pattern. Then, it was immersed in a cerium diammonium nitrate solution as an etchant, and the chromium thin film on the surface was removed to obtain a mold.

上記の実施例1、2と比較例1の結果から、レーザ描画を行う実施例1、2は、電子線描画を行う比較例1と同様の精度(真円率)でパターンを形成する場合、描画に要する時間を大幅に短縮できることが確認された。   From the results of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 described above, Examples 1 and 2 that perform laser drawing form patterns with the same accuracy (roundness) as Comparative Example 1 that performs electron beam drawing. It was confirmed that the time required for drawing can be greatly reduced.

[比較例2]
形成目標である真円形状の開口の直径D(円形目標直径D)を400nmに設定し、レーザ描画の条件を下記の条件とした他は、実施例1と同様にしてマスクパターンの作製を試みた。このレーザ描画の条件は、使用するレーザの波長が大きく、上記の式(1)、式(3)、式(4)の関係を満足するものの、上記の式(2)の関係が成立しないものであった。
(レーザ描画の条件)
・使用レーザ : He−Cdレーザ(波長422nm)
・レーザスポット径d : 300nm
・レーザ描画の媒質 : 空気
・描画データの正N角形 : N=6
最大対角線長さLmax=231nm
垂線長さLmin=100nm
このような条件でのレーザ描画に要した時間は2.0時間であった。
しかしながら、マスクパターンの開口パターンは得られず(解像せず)、真円率を測定、算出することができなかった。
[Comparative Example 2]
An attempt was made to produce a mask pattern in the same manner as in Example 1 except that the diameter D (circular target diameter D) of the perfect circular opening as the formation target was set to 400 nm and the laser drawing conditions were as follows. It was. The laser drawing condition is that the wavelength of the laser to be used is large and satisfies the relationship of the above formulas (1), (3), and (4), but the relationship of the above formula (2) is not satisfied. Met.
(Conditions for laser drawing)
・ Laser used: He-Cd laser (wavelength 422 nm)
・ Laser spot diameter d: 300 nm
-Laser drawing medium: Air-Regular N-gon of drawing data: N = 6
Maximum diagonal length Lmax = 231 nm
Perpendicular length Lmin = 100nm
The time required for laser drawing under such conditions was 2.0 hours.
However, the opening pattern of the mask pattern was not obtained (not resolved), and the roundness could not be measured and calculated.

[比較例3]
レーザ描画の条件を下記の条件とした他は、実施例1と同様にしてマスクパターンの作製を試みた。このレーザ描画の条件は、描画データの正6角形の設定(最大対角線長さLmax、垂線長さLmin)が不適切であり、上記の式(1)、式(2)、式(3)の関係を満足するものの、上記の式(4)の関係が成立しないものであった。
(レーザ描画の条件)
・使用レーザ : アルゴンイオンレーザ(2倍高調波、波長257nm)
・レーザスポット径d : 250nm
・レーザ描画の媒質 : 空気
・描画データの正N角形 : N=6
最大対角線長さLmax=139nm
垂線長さLmin=60nm
このような条件でのレーザ描画に要した時間は1.5時間であった。
しかしながら、マスクパターンの開口パターンは得られず(解像せず)、真円率を測定、算出することができなかった。
[Comparative Example 3]
An attempt was made to produce a mask pattern in the same manner as in Example 1 except that the laser drawing conditions were as follows. The conditions for this laser drawing are improper setting of the regular hexagon of drawing data (maximum diagonal length Lmax, perpendicular length Lmin), and the above equations (1), (2), and (3) Although the relationship was satisfied, the relationship of the above formula (4) was not established.
(Conditions for laser drawing)
・ Laser used: Argon ion laser (double harmonic, wavelength 257 nm)
・ Laser spot diameter d: 250 nm
-Laser drawing medium: Air-Regular N-gon of drawing data: N = 6
Maximum diagonal length Lmax = 139nm
Perpendicular length Lmin = 60nm
The time required for laser drawing under such conditions was 1.5 hours.
However, the opening pattern of the mask pattern was not obtained (not resolved), and the roundness could not be measured and calculated.

光インプリント技術を用いた光学素子の製造に利用可能である。   It can be used for manufacturing an optical element using an optical imprint technique.

1…基板
4…感光性レジスト
5…マスクパターン
5a…開口パターン
11…モールド
12…凹部構造
21…コピーモールド
22…モールド形成用基材
31,32,33…レーザ描画データの正N角形の軌道
41,42,43…レーザスポット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Board | substrate 4 ... Photosensitive resist 5 ... Mask pattern 5a ... Opening pattern 11 ... Mold 12 ... Recessed structure 21 ... Copy mold 22 ... Base material for mold formation 31, 32, 33 ... Orbit of regular N-angle of laser drawing data 41 , 42, 43 ... laser spot

Claims (4)

基板の一方の面に感光性レジストを塗布し、該感光性レジストにレーザ描画を行い、その後、現像を施して、所望の開口パターンを有するマスクパターンを形成する工程と、
前記マスクパターンを介して前記基板を所望の深さまでエッチングする工程と、を有することを特徴とする光学素子製造用ナノインプリントモールドの製造方法。
Applying a photosensitive resist on one surface of the substrate, performing laser drawing on the photosensitive resist, and then developing to form a mask pattern having a desired opening pattern;
And a step of etching the substrate to a desired depth through the mask pattern. A method for producing a nanoimprint mold for producing an optical element, comprising:
前記マスクパターンの開口パターンは円形の開口部を有し、該開口部の円形目標直径D(単位:nm)と、使用するレーザの波長λ(単位:nm)と、円形に近似させたレーザ描画データとしての正N角形のN(Nは4以上の整数)、レーザが通過する媒質の屈折率nとの間に、下記の式(1)、式(2)の関係が成立するようにレーザの波長λと、レーザ描画データの正N角形のNを設定することを特徴とする請求項1に記載の光学素子製造用ナノインプリントモールドの製造方法。
90 ≦ D ≦ 1000 … 式(1)
λ/n < D < λN/(2n) … 式(2)
The opening pattern of the mask pattern has a circular opening, the circular target diameter D (unit: nm) of the opening, the wavelength λ (unit: nm) of the laser to be used, and laser drawing approximated to a circle The laser is such that the following formulas (1) and (2) are established between the regular N-gon N (N is an integer of 4 or more) as data and the refractive index n of the medium through which the laser passes. The method of manufacturing a nanoimprint mold for manufacturing an optical element according to claim 1, wherein a wavelength λ of the laser beam and a regular N-gon N of the laser drawing data are set.
90 ≦ D ≦ 1000 (1)
λ / n <D <λN / (2n) (2)
円形に近似させた描画データとしての正N角形の軌道の最大対角線長さをLmax(単位:nm)、正N角形の中心から軌道の1辺への垂線長さをLmin(単位:nm)、円形目標直径D(単位:nm)、レーザのスポット形状の直径d(単位:nm)との間に下記の式(3)、式(4)の関係が成立するようにレーザスポット形状の直径d、正N角形の最大対角線長さLmax、垂線長さLminを設定することを特徴とする請求項2に記載の光学素子製造用ナノインプリントモールドの製造方法。
d ≧ 2Lmin … 式(3)
d+2Lmin < D < d+Lmax … 式(4)
Lmax (unit: nm) is the maximum diagonal length of a regular N-gonal trajectory as drawing data approximated to a circle, and Lmin (unit: nm) is the perpendicular length from the center of the regular N-gon to one side of the trajectory. The diameter d of the laser spot shape so that the relationship of the following formulas (3) and (4) holds between the circular target diameter D (unit: nm) and the laser spot shape diameter d (unit: nm). The method for producing a nanoimprint mold for producing an optical element according to claim 2, wherein a maximum diagonal length Lmax and a perpendicular length Lmin of a regular N-gon are set.
d ≧ 2Lmin Equation (3)
d + 2Lmin <D <d + Lmax Expression (4)
前記レーザ描画データの正N角形において、Nは6から8の範囲であることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の光学素子製造用ナノインプリントモールドの製造方法。   4. The method for producing a nanoimprint mold for producing an optical element according to claim 2, wherein N is in the range of 6 to 8 in the regular N-gon of the laser drawing data.
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