JP2013077617A - Manufacturing method of original plate for molding low reflection structure and original plate - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To mold a surface microstructure improved in low reflection characteristics.SOLUTION: As a substrate material for an original plate, a lithium niobate monocrystal substrate 41 is used. On a surface of the substrate 41, a metal membrane 42 of Cr or the like is formed as a dry etching mask, a resin micropattern 44 is generated thereon, and this is used as a mask to perform etching, thereby obtaining a metal micropattern 45. By etching the lithium niobate monocrystal substrate 41 while shrinking the metal micropattern 45 using the metal micropattern 45 as a mask, a structure is generated in which almost no flat surface is present within a microstructure.

Description

本発明は、表面に微細構造を形成する事によって、材料表面での反射率を低減させる低反射構造を成型するための原版の製造方法および原版に関するものである。   The present invention relates to an original plate manufacturing method and an original plate for forming a low-reflection structure that reduces the reflectance on the surface of a material by forming a fine structure on the surface.

各種の光学部材の表面における反射の抑制は、幅広い分野において切望されている。例えば、液晶ディスプレイなどの表面に貼付されるフィルム表面での反射が大きい場合、ディスプレイ表面に、外部の照明や風景などが映り込むため、本来表示している画像・映像等が視認しづらくなるといった問題が生じる。このような問題を解決するため、表面の反射率を低減するための取り組みが多く成されている。   Suppression of reflection on the surfaces of various optical members is eagerly desired in a wide range of fields. For example, if the reflection on the surface of a film affixed to a surface of a liquid crystal display or the like is large, external lighting or scenery will be reflected on the display surface, making it difficult to visually recognize the image / video that is originally displayed. Problems arise. In order to solve such problems, many efforts have been made to reduce the reflectance of the surface.

ところで、光がある物質から他の物質に入射した場合、この2つの物質間に屈折率の差があると、入射した光の一部が反射する。先に例を挙げたディスプレイ表面での映り込みなどは、この物理現象に起因するものである。
この時、この反射は2つの物質間の屈折率の差が大きいほど大きくなる事が、理論的に広く知られている。
言い換えると、反射を抑制するためには、2つの物質間での屈折率差を低減すれば良い。
例えば、異なる2種類の材質のフィルム等を貼り合わせるような場合には、各々の材質や使用する接着剤などの屈折率を極力近いものに調整することで、貼り合わせ界面での反射を低減できる。
By the way, when light enters a substance from one substance and there is a difference in refractive index between the two substances, a part of the incident light is reflected. The reflection on the surface of the display, which has been mentioned above, is caused by this physical phenomenon.
At this time, it is widely known theoretically that this reflection increases as the difference in refractive index between the two substances increases.
In other words, in order to suppress reflection, a difference in refractive index between two substances may be reduced.
For example, when two different types of materials such as films are bonded together, the reflection at the bonding interface can be reduced by adjusting the refractive index of each material and the adhesive to be used as close as possible. .

しかし、上述したディスプレイの場合等、最も広く問題になるのは、空気中に配置された板やフィルム表面での反射である。空気の屈折率はほぼ“1”という非常に低い値であり、この値にごく近い屈折率を持つ材料というのは、事実上存在しない。
このため、このような条件で反射を低減するためには、材料本来の光学的特性を調整する以外の対策が必要となる。
そのような対策の一手法として、材質表面に、入射光の波長よりも短い微細構造パターンを形成する手法が知られている(特許文献1、非特許文献1参照)。
例えば、そのような微細構造パターンが形成されたフィルムを空気中に配置した場合、微細構造パターンが形成されている領域では、屈折率の値は見かけ上、空気とフィルムの各々の値の中間的な値となる。その値は、領域に占める空気の割合が大きいほど空気の屈折率に近くなり、逆にフィルムの材質の占める割合が大きい場合は、フィルムの屈折率に近づく。
However, in the case of the display described above, the most widespread problem is reflection on the surface of a plate or film placed in the air. The refractive index of air is a very low value of approximately “1”, and there is virtually no material having a refractive index very close to this value.
For this reason, in order to reduce reflection under such conditions, measures other than adjusting the original optical characteristics of the material are required.
As one of such measures, a method of forming a fine structure pattern shorter than the wavelength of incident light on the material surface is known (see Patent Document 1 and Non-Patent Document 1).
For example, when a film in which such a fine structure pattern is formed is placed in the air, in the region where the fine structure pattern is formed, the refractive index value is apparently intermediate between the values of air and the film. Value. The value becomes closer to the refractive index of air as the proportion of air in the region increases, and conversely approaches the refractive index of the film when the proportion of film material is larger.

例えば図3(a)に示すように、基板11上に形成された微細構造パターン12が、例えば円柱や角柱といった構造であって、深さ方向に形状の変化が無い場合、このような微細構造パターンが形成されたフィルムは、あたかも屈折率が空気とフィルム材質の中間の値を持つ薄膜を表面に成膜したような性質を示す。この場合、空気から平滑なフィルム表面に光が入射する場合に比べると低い反射率を示すと考えられるが、結局、微細構造パターンの上面と下面とでそれぞれ屈折率に変化が生じるので、それに対応した率で光が反射する事になる。   For example, as shown in FIG. 3A, when the fine structure pattern 12 formed on the substrate 11 has a structure such as a cylinder or a prism and has no shape change in the depth direction, such a fine structure is formed. The film on which the pattern is formed exhibits the property as if a thin film having a refractive index intermediate between air and film material is formed on the surface. In this case, it is considered that the reflectance is lower than when light is incident on the smooth film surface from the air, but after all, the refractive index changes on the upper and lower surfaces of the fine structure pattern. The light will be reflected at the same rate.

次に、図3(b)のように、基板11上に形成された微細構造パターン13が順テーパー形状となっている場合を考える。
この場合、空気とフィルム材質の占める割合が、深さ方向で連続的に変化する事になるので、見かけの屈折率も、深さ方向で連続的に変化するものと考えられる。屈折率の不連続な変化が生じない限り、光の反射は生じないはずであるから、この部分では原理上、光は反射しないはずである。
Next, as shown in FIG. 3B, a case is considered in which the fine structure pattern 13 formed on the substrate 11 has a forward tapered shape.
In this case, since the ratio of the air and the film material changes continuously in the depth direction, it is considered that the apparent refractive index also changes continuously in the depth direction. As long as there is no discontinuous change in the refractive index, no light reflection should occur, so in principle this portion should not reflect light.

しかし、図3(b)に示す微細構造パターン13の最上面と最下面とでは、微細構造パターン13の水平断面部分に空気とフィルム材質との両方がある一定の割合で存在するため、屈折率の不連続が生じる。そのため、図3(a)の場合よりは少ないものの、一定量の光が反射すると考えられる。
そこで、さらに一歩進めて、図3(c)のように、基板11上に形成された微細構造パターン14が、先端の尖った錘状構造であって、錘状構造どうしが底面側、すなわち基板11側で接しているような構造である場合を考える。この場合、微細構造パターン14の水平断面部分において、フィルム材質の占める割合は、深さ方向に対して“0〜1”まで連続的に変化することは、幾何的に明らかである。その結果、見かけ上の屈折率は、空気の屈折率の値からフィルム材質の屈折率の値まで連続的に変化する事になるので、原理上は光の反射が生じない事になる。
However, in the uppermost surface and the lowermost surface of the fine structure pattern 13 shown in FIG. 3B, both the air and the film material are present at a certain ratio in the horizontal cross-sectional portion of the fine structure pattern 13, so that the refractive index. Discontinuity occurs. Therefore, although it is less than in the case of FIG. 3A, it is considered that a certain amount of light is reflected.
Therefore, one step further, as shown in FIG. 3C, the fine structure pattern 14 formed on the substrate 11 is a weight-like structure with a sharp tip, and the weight-like structures are on the bottom side, that is, the substrate. Consider the case where the structure is in contact with the 11 side. In this case, it is geometrically clear that the ratio of the film material in the horizontal cross section of the fine structure pattern 14 continuously changes from “0 to 1” with respect to the depth direction. As a result, the apparent refractive index continuously changes from the value of the refractive index of air to the value of the refractive index of the film material, so that reflection of light does not occur in principle.

このように、表面の微細構造パターンによって反射率を低減する効果を高めるためには、図3(c)に示したような形状が最適であることがわかる。ただし、対象となる微細パターンは、可視光の波長と同程度或いはそれ以下という小さいものなので、微細パターンを、機械加工等の手法で製作することは現実的手法とは言えず、何らかの手法を用いて一括的に微細構造を形成する必要がある。   Thus, it can be seen that the shape as shown in FIG. 3C is optimal in order to enhance the effect of reducing the reflectance by the fine structure pattern on the surface. However, since the target fine pattern is as small as the wavelength of visible light or less, it is not a realistic method to manufacture a fine pattern by a method such as machining, and some method is used. It is necessary to form a fine structure in a batch.

ここで、基材表面に微細な凹凸を、ある程度一括で形成する方法として容易に考えられるのが、エッチングによる手法である。
エッチングの方式は、薬液を用いるウェットエッチングと、ガスやプラズマを用いるドライエッチングとに大別される。どちらの方式を用いるかを限定する必要は無いが、ナノメートル(nm)レベルの微細構造パターンを形成するには、プラズマを用いたドライエッチングを用いるのが一般的である。
Here, an etching method is easily considered as a method of forming fine irregularities on the surface of the substrate in a lump to some extent.
Etching methods are roughly classified into wet etching using a chemical solution and dry etching using a gas or plasma. There is no need to limit which method is used, but dry etching using plasma is generally used to form a fine structure pattern of nanometer (nm) level.

また、基材がフィルムのように柔らかい樹脂の場合には、ホットエンボスやナノインプリント等の表面パターン転写技術、或いは射出成型といった樹脂成形技術を用いることも出来る。
しかし、この場合は成型の原版(或いはモールド、テンプレートなどとも呼ばれる)が必要となり、この原版の表面には、やはりドライエッチングなどの手法を用いて微細な凹凸構造を形成する必要がある。
When the substrate is a soft resin such as a film, a surface pattern transfer technique such as hot embossing or nanoimprinting or a resin molding technique such as injection molding can be used.
However, in this case, a molding original plate (also referred to as a mold or a template) is required, and it is necessary to form a fine concavo-convex structure on the surface of the original plate using a technique such as dry etching.

エッチングで微細パターンを形成する場合、一般的には、それに対応したエッチングマスクを基材表面に準備する必要が有る。代表的なのは、レジストと呼ばれる樹脂材料で形成したパターンをマスクとして用いる手法である。レジストパターンの形成方法としては、紫外光や電子線を用いたリソグラフィーが代表的だが、その他に、樹脂の自己組織化やブロック・コポリマーを用いる方法なども存在する。また、例えばアルミニウム基材の陽極酸化とウェットエッチングを併用するような方式で、レジストマスクもリソグラフィー技術も用いず、微細構造を形成する手法も存在する。   When a fine pattern is formed by etching, it is generally necessary to prepare an etching mask corresponding to the fine pattern on the substrate surface. A typical technique is to use a pattern formed of a resin material called a resist as a mask. As a resist pattern forming method, lithography using ultraviolet light or an electron beam is typical, but there are other methods such as resin self-organization and a block copolymer. Also, for example, there is a method of forming a fine structure without using a resist mask or a lithography technique in a method in which anodization of an aluminum substrate and wet etching are used together.

“Reduction of Lens Reflexion by the “Moth Eye “Principle”,P.B.CLAPHAM & M.C.HUTLEY,Nature,vol.244,pp.281−282(1973)“Reduction of Lens Reflexion by the“ Moth Eye “Principle”, P.A. B. CLAPHAM & M.C. C. HUTLEY, Nature, vol. 244, pp. 281-282 (1973)

特開2006−038928号公報JP 2006-038928 A

ところで、ドライエッチングによって微細構造を製作する場合、ドライエッチングでは、一般的には図3(a)に示すように、垂直な側壁形状を有する構造を得る事を目的としている。このため、図3(b)および(c)に示すような順テーパー側壁を得るには、エッチング条件を大きく変更する必要があり、また、必ずしも所望のテーパー角度の側壁が得られるとは限らない。但し、適当なエッチング条件が得られれば、図3(b)のような順テーパー構造を得ること自体は、それ程困難なことではない。   By the way, when a fine structure is manufactured by dry etching, the purpose of dry etching is generally to obtain a structure having a vertical sidewall shape as shown in FIG. Therefore, in order to obtain a forward tapered side wall as shown in FIGS. 3B and 3C, it is necessary to greatly change the etching conditions, and a side wall having a desired taper angle is not always obtained. . However, if an appropriate etching condition is obtained, it is not so difficult to obtain a forward tapered structure as shown in FIG.

しかしながら、仮に順テーパー側壁を得るエッチング条件を確立し、図3(b)に示すような構造を得ることが出来たとしても、それをさらに進めて図3(c)のように、全体が順テーパー面で構成される構造、すなわち、先端が尖った構造の側壁を得るには、さらなる困難が生じる。その理由を、図4を用いて以下に詳述する。
ドライエッチングで基板21の表面に順テーパー側壁を得るには、大別して、2つの方式が考えられる。一つは図4(a)に示すように、比較的大きなレジストマスク22を用い、このレジストマスク22を、エッチング過程で収縮させながら基板21をエッチングすることにより、順テーパー構造23を得る方式である。もう一つは図4(b)に示すように、比較的小さなレジストマスク24を用いてエッチングを開始し、エッチング中に側壁保護膜を過剰に堆積させることで、パターンが太るようにエッチングして順テーパー構造25を得る方式である。
However, even if the etching conditions for obtaining the forward tapered side wall are established and the structure as shown in FIG. 3B can be obtained, it is further advanced as shown in FIG. Further difficulty arises in obtaining a side wall having a structure constituted by a tapered surface, that is, a structure having a sharp tip. The reason will be described in detail below with reference to FIG.
In order to obtain a forward tapered side wall on the surface of the substrate 21 by dry etching, there are roughly two methods. One is a method of obtaining a forward tapered structure 23 by using a relatively large resist mask 22 and etching the substrate 21 while shrinking the resist mask 22 during the etching process, as shown in FIG. is there. As shown in FIG. 4B, the etching is started using a relatively small resist mask 24, and the sidewall protective film is excessively deposited during the etching so that the pattern is thickened. In this method, the forward tapered structure 25 is obtained.

単に順テーパー側壁を得る方式としての観点では、どちらの方式にも利点と欠点が有り、どちらかが決定的に優れているということは言えない。そのため、所望の形状や寸法に応じて、どちらの方式を採用するかを選べば良い。
しかしながら、どちらの方式を用いたとしても、図3(c)に示したような、先端が尖った凸構造であり且つ凸構造どうしが底面側で接している微細パターンを形成するのは容易ではない。
From the point of view of simply obtaining a forward tapered side wall, both methods have advantages and disadvantages, and it cannot be said that either is decisively superior. Therefore, it suffices to select which method is adopted according to the desired shape and dimensions.
However, whichever method is used, it is not easy to form a fine pattern having a convex structure with a sharp tip as shown in FIG. 3C and in which the convex structures are in contact with each other on the bottom side. Absent.

その理由は以下のとおりである。つまり、図4(a)に示すレジストマスク22を収縮させていく方式の場合、レジストマスク22を収縮させていき、完全に消滅するまでエッチングを続ければ、順テーパー構造23の先端幅をほぼ零にすること自体はそれ程難しくない。しかし、この方法はエッチング中にレジストマスク22の幅が小さくなっていくのであるから、基本的には、最終的な順テーパー構造23の幅は、レジストマスク22の初期の幅と等しいか、それより小さくなるはずである。   The reason is as follows. That is, in the case of the method of contracting the resist mask 22 shown in FIG. 4A, if the resist mask 22 is contracted and etching is continued until it completely disappears, the tip width of the forward taper structure 23 becomes substantially zero. It ’s not that difficult. However, since this method reduces the width of the resist mask 22 during etching, basically, the width of the final forward tapered structure 23 is equal to the initial width of the resist mask 22, or Should be smaller.

ところが、レジストマスク22がパターンとして解像している以上、その隣接パターン間には有限の隙間が生じているはずであり、一般的には、最小でも50nm程度の隙間を開けざるを得ない。この状態からレジストマスク22が収縮しながら、エッチングされる順テーパー構造23が細っていくということは、その順テーパー構造23が隣同士で接する事は無い、という点は明らかである。つまり、この方式では、凸構造の先端部の幅をほぼ“0”にすることは出来るが、凸構造の底面側を凸構造どうしが接するようにエッチングすることは困難である。   However, as long as the resist mask 22 is resolved as a pattern, there should be a finite gap between the adjacent patterns. In general, a gap of about 50 nm must be opened at the minimum. The fact that the forward tapered structure 23 to be etched is narrowed while the resist mask 22 is contracted from this state is that the forward tapered structure 23 is not in contact with each other. In other words, with this method, the width of the tip of the convex structure can be made substantially “0”, but it is difficult to etch the bottom side of the convex structure so that the convex structures are in contact.

次に、図4(b)の方式の場合を考える。
この場合は、エッチング中に順テーパー構造25が太っていくようにエッチングするため、エッチングの進行につれて順テーパー構造25の底面側の隙間は狭くなっていく。その結果、順テーパー構造25同士がほぼ接して、隙間が殆ど無い状態とすることが可能である。
この方式を用いる場合、エッチング中の反応生成物が、比較的基板表面に最も付着し易い条件を設定する。基板の上面やエッチング部底面に付着した生成物は、プラズマ中に発生するイオンが基板に衝突する衝撃によって再び取り除かれるが、側壁部に付着した生成物は、イオンが平行に近い角度で入射するため、運動エネルギーを有効に受け取る事が出来ず、側壁から再離脱できない。このため、生成物の側壁への選択的堆積が進行し、その結果として開口部底面側が閉じていくような順テーパー側壁が形成されていく。
Next, consider the case of the method of FIG.
In this case, since the etching is performed so that the forward tapered structure 25 becomes thicker during the etching, the gap on the bottom surface side of the forward tapered structure 25 becomes narrower as the etching progresses. As a result, the forward tapered structures 25 can be brought into almost contact with each other so that there is almost no gap.
When this method is used, conditions are set such that the reaction product during etching is most likely to adhere to the substrate surface. The product adhering to the upper surface of the substrate and the bottom surface of the etched portion is removed again by the impact of the ions generated in the plasma colliding with the substrate, but the product adhering to the side wall is incident at an angle close to parallel. For this reason, kinetic energy cannot be received effectively and it cannot be detached from the side wall. For this reason, the selective deposition on the side wall of the product proceeds, and as a result, the forward tapered side wall is formed so that the bottom surface side of the opening is closed.

しかしその一方で、順テーパー構造25の上面側の先端を尖らせる事は容易ではない。なぜなら、この方式では基本的に、側壁保護性の高いエッチング条件を採用する事になる。このため、エッチング中にレジストマスク24が縮小しにくくなるため、最終的な順テーパー構造25の先端幅も、エッチング開始時のレジストマスク24の幅から大きくシュリンク(収縮)することが無い。このため、反射率を下げるために先端部を狭くするには、レジストマスク24の幅を可能な限り小さくする必要がある。   However, on the other hand, it is not easy to sharpen the tip on the upper surface side of the forward tapered structure 25. This is because this method basically employs etching conditions with high sidewall protection. For this reason, since the resist mask 24 is difficult to shrink during etching, the final tip taper width of the forward tapered structure 25 does not shrink (shrink) greatly from the width of the resist mask 24 at the start of etching. For this reason, in order to narrow the tip in order to reduce the reflectance, it is necessary to make the width of the resist mask 24 as small as possible.

しかしながら、例えば50nm以下といった非常に幅の狭いレジストパターンを形成しようとしても、レジストと基材表面との密着力が低下して、レジストマスク24が基板21表面から剥離してしまうという問題が発生する。
このため、レジストマスク24のパターンの幅は、現実的には最低でも50nm程度の幅でしか形成することが出来ず、その結果、エッチング後の順テーパー構造25の先端に平坦部が残ってしまうのである。
However, even if an attempt is made to form a very narrow resist pattern of, for example, 50 nm or less, the adhesion between the resist and the substrate surface is reduced, and the resist mask 24 is peeled off from the substrate 21 surface. .
For this reason, the width of the pattern of the resist mask 24 can be practically formed only with a width of at least about 50 nm. As a result, a flat portion remains at the tip of the forward tapered structure 25 after etching. It is.

以上の理由から、ドライエッチングを用いた場合、図3(b)に示すような構造を得ることは比較的容易であるが、より低反射特性に優れた図3(c)に示すような構造を得ることは難しいことが分かる。図3(c)に示すような構造をドライエッチングで得るためには、図3(a)、図3(b)の両方の効果が同時に作用し、隣接する順テーパー構造の底面部が図3(b)の効果で接触すると共に、個々の順テーパー構造の先端部の幅がほぼ“0”になるようなエッチング条件を設定する必要があり、そのバランスの最適化が非常に難しい。   For the above reasons, when dry etching is used, it is relatively easy to obtain the structure as shown in FIG. 3B, but the structure as shown in FIG. It is difficult to obtain. In order to obtain the structure shown in FIG. 3C by dry etching, the effects of both FIG. 3A and FIG. 3B act simultaneously, and the bottom portion of the adjacent forward tapered structure is shown in FIG. It is necessary to set an etching condition that makes contact with the effect of (b) and the width of the tip portion of each forward tapered structure is substantially “0”, and it is very difficult to optimize the balance.

一例として、UVナノインプリント用のモールド材料として広く用いられている、石英基板のドライエッチングの場合を挙げる。
光の波長と同程度の800nm以下のピッチを有するパターンをエッチングするには、クロム薄膜パターンをマスクとして、フロロカーボンガスによる異方性プラズマエッチングを用いるのが一般的である。
As an example, a case of dry etching of a quartz substrate, which is widely used as a mold material for UV nanoimprint, is given.
In order to etch a pattern having a pitch of 800 nm or less, which is the same as the wavelength of light, it is common to use anisotropic plasma etching with a fluorocarbon gas using a chromium thin film pattern as a mask.

発明者らのこれまでの実験によると、図4(b)のような機構で石英の順テーパー構造を形成するのは非常に困難である。これは、石英のエッチングでは側壁保護性の高いエッチング条件を設定するのが困難なためである。そのため、どちらかというと図4(a)の効果によってパターンが細る傾向が強いが、クロムとのエッチング選択比が非常に高いため、エッチング中にマスクが後退する効果もあまり期待できない。その結果として、垂直に近い側壁しか得る事が出来ないため、図3(b)に示したような形状を得ることは、非常に困難である。   According to the inventors' previous experiments, it is very difficult to form a forward tapered structure of quartz by a mechanism as shown in FIG. This is because it is difficult to set etching conditions with high side wall protection in quartz etching. For this reason, there is a strong tendency for the pattern to narrow due to the effect of FIG. 4A. However, since the etching selectivity with chrome is very high, the effect of retreating the mask during etching cannot be expected so much. As a result, only a side wall that is nearly vertical can be obtained, and it is very difficult to obtain a shape as shown in FIG.

別の例として、熱ナノインプリント用のモールドとして用いられることの多い、シリコン基板のドライエッチングの場合を考える。
この場合は、石英の場合と同様にクロム薄膜などをマスクとしてエッチングすることも可能だが、より簡便に、リソグラフィーによって形成したレジストパターンをマスクとしてエッチングすることも可能である。また、エッチングガスとしては石英と同様に、フロロカーボン系のガスを用い、異方性のプラズマエッチングが行われる。
As another example, consider the case of dry etching of a silicon substrate, which is often used as a mold for thermal nanoimprinting.
In this case, it is possible to etch using a chromium thin film or the like as a mask as in the case of quartz, but it is also possible to etch more simply using a resist pattern formed by lithography as a mask. In addition, as in the case of quartz, a fluorocarbon-based gas is used as an etching gas, and anisotropic plasma etching is performed.

シリコンエッチングの場合は、Cなどのガスを用いることで、側壁保護性の高いエッチング条件を設定する事が出来るので、図4(b)のように、パターンを太らせながらエッチングする事が可能となる。ただし、保護性を高くし過ぎると、ドライエッチング自体の進行が妨げられるため、例えば45°以下といったような、なだらかな斜面を持つ側壁形状を得ることは困難である。発明者らのこれまでの実験によると、70〜80°程度の側壁角は得られるものの、それより緩やかな斜面を得ることは難しかった。 In the case of silicon etching, by using a gas such as C 4 F 8 , etching conditions with high side wall protection can be set, so that etching is performed while thickening the pattern as shown in FIG. Is possible. However, if the protective property is too high, the progress of the dry etching itself is hindered, so that it is difficult to obtain a side wall shape having a gentle slope such as 45 ° or less. According to the inventors' previous experiments, although a side wall angle of about 70 to 80 ° was obtained, it was difficult to obtain a gentler slope than that.

また、シリコンエッチングで図4(b)のような形状を得るためには、レジストマスクのドットパターン幅を非常に小さくする必要がある。発明者らのこれまでの実験によれば、パターンピッチにもよるが、ドット幅は50〜80nm程度とする必要があった。この様な微細ドットパターンは、電子線リソグラフィーを用いたとしても、その形成がかなり困難である。   Further, in order to obtain the shape as shown in FIG. 4B by silicon etching, it is necessary to make the dot pattern width of the resist mask very small. According to the inventors' previous experiments, the dot width has to be about 50 to 80 nm, although it depends on the pattern pitch. Such a fine dot pattern is quite difficult to form even if electron beam lithography is used.

以上の理由から、シリコン基板を用いる場合、石英基板よりは図4(b)のような形状の構造を作り易いが、形状やピッチ等の自由度はそれ程高くない。また、シリコン基板は紫外光に対して不透明であるから、UVナノインプリント用のモールドとしては基本的に使えないことも欠点の一つである。
これまで述べたように、一般的にナノインプリントモールドに用いられる材料である、シリコンや石英基板を用いた場合、特性の良好な形状の無反射構造用原版を製造することは、必ずしも容易ではなかった。
For the above reason, when a silicon substrate is used, a structure having a shape as shown in FIG. Further, since the silicon substrate is opaque to ultraviolet light, it is one of the disadvantages that it cannot be basically used as a mold for UV nanoimprint.
As described above, when a silicon or quartz substrate, which is a material generally used for nanoimprint molds, is used, it is not always easy to manufacture a master plate for antireflective structure having a good characteristic shape. .

発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、被ドライエッチング材料としてそれらの替わりに、ニオブ酸リチウムを用いることでこの課題を解決することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明の請求項1に係る低反射構造を成型するための原版の製造方法は、表面に微細構造を備える事により、前記表面での光の反射率を低減させる低反射構造を成型するための原版の製造方法であって、前記原版の基板材料として、ニオブ酸リチウム単結晶基板を用いることを特徴としている。
As a result of intensive studies, the inventors have found that this problem can be solved by using lithium niobate as a material to be dry-etched instead of them, and have completed the present invention.
An original plate manufacturing method for molding a low-reflection structure according to claim 1 of the present invention is for forming a low-reflection structure that reduces the reflectance of light on the surface by providing a fine structure on the surface. A method for producing an original plate, wherein a lithium niobate single crystal substrate is used as a substrate material for the original plate.

請求項2に係る原版の製造方法は、請求項1に記載の原版の製造方法であって、前記低反射構造を成型するための低反射特性を示す微細構造を、前記ニオブ酸リチウム単結晶表面にドライエッチングにより形成することを特徴としている。
請求項3に係る原版の製造方法は、請求項2に記載の原版の製造方法であって、前記微細構造として、同一形状の凸部を複数隣接して形成し且つ前記凸部の側壁形状を順テーパー形状に形成し、さらに、前記微細構造の水平断面において、前記凸部の上端部位置において前記凸部が占める割合と、前記凸部の底面位置において非凸部が占める割合と、が共に零となるようにすることを特徴としている。
A method for producing an original plate according to claim 2 is the method for producing an original plate according to claim 1, wherein the microstructure showing low reflection characteristics for molding the low reflection structure is formed on the surface of the lithium niobate single crystal. It is characterized by being formed by dry etching.
A method for producing an original plate according to claim 3 is the method for producing an original plate according to claim 2, wherein, as the fine structure, a plurality of convex portions having the same shape are formed adjacent to each other, and a side wall shape of the convex portion is formed. Further, in the horizontal cross section of the fine structure, both the proportion of the convex portion in the upper end position of the convex portion and the proportion of the non-convex portion in the bottom surface position of the convex portion in the horizontal cross section of the microstructure It is characterized by being zero.

請求項4に係る原版の製造方法は、請求項2または請求項3に記載の原版の製造方法であって、前記ドライエッチングの導入ガスとしてフロロカーボン系のガスを用い、前記ニオブ酸リチウム単結晶との反応により蒸気圧の低い反応生成物を生成させることを特徴としている。
また、本発明の請求項5に係る原版は、請求項1から請求項4の何れか1項に記載の原版の製造方法を用いて生成したことを特徴としている。
A method for producing an original plate according to claim 4 is the method for producing an original plate according to claim 2 or 3, wherein a fluorocarbon-based gas is used as an introduction gas for the dry etching, and the lithium niobate single crystal and A reaction product having a low vapor pressure is produced by the reaction of
Further, the original plate according to claim 5 of the present invention is characterized by being generated using the method for producing an original plate according to any one of claims 1 to 4.

本発明の原版の製造方法によれば、低反射構造を有する原版を生成することができる。特に、微細構造の微細構造の底面側において隣接する凸部どうしの間に隙間がほとんどなくすなわち平坦面のない微細構造を容易に得ることができるため、優れた低反射特性を期待することができる。
また、原版の基板材料として、ニオブ酸リチウム単結晶基板を用いることによって、基板材料としてシリコンを用いて、良く似た微細構造を作る場合とくらべて、より側壁テーパーの傾斜が緩やかな構造が作成できる。そのため、形状の制御範囲が広く、且つナノインプリントが容易な形状の原版を得ることができる。
According to the original plate manufacturing method of the present invention, an original plate having a low reflection structure can be generated. In particular, since there is almost no gap between adjacent convex portions on the bottom surface side of the fine structure, that is, a fine structure without a flat surface can be easily obtained, excellent low reflection characteristics can be expected. .
In addition, by using a lithium niobate single crystal substrate as the original substrate material, silicon is used as the substrate material, creating a structure with a gentler inclination of the side wall taper, compared to the case of making a similar fine structure. it can. Therefore, it is possible to obtain an original plate having a wide shape control range and easy nanoimprinting.

さらに、例えば、UVナノインプリント用の原版として、石英のドライエッチングでは実現が困難な形状を製作できるので、シリコン・石英のいずれを用いても実現が困難であった低反射特性に優れたUVナノインプリント用モールドを製造する事が出来る。   Furthermore, for example, as a master for UV nanoimprint, a shape that is difficult to realize by dry etching of quartz can be manufactured. Therefore, for UV nanoimprint with excellent low reflection characteristics that was difficult to realize using either silicon or quartz. A mold can be manufactured.

本発明にかかる原版製造方法を説明するための工程図の一例である。It is an example of the process figure for demonstrating the original plate manufacturing method concerning this invention. ニオブ酸リチウム表面をドライエッチングした場合の、断面形状の変化を模式的に示したSEM写真と断面模式図である。It is the SEM photograph and cross-sectional schematic diagram which showed typically the change of a cross-sectional shape at the time of dry-etching the lithium niobate surface. 優れた低反射特性を示す、表面微細構造に求められる形状を説明するための断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram for demonstrating the shape calculated | required by the surface fine structure which shows the outstanding low reflection characteristic. 順テーパー構造を、ドライエッチングで形成するための2つの手法を説明するための断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram for demonstrating two methods for forming a forward taper structure by dry etching.

以下に、本発明の実施形態の一例を説明する。
図1は、本発明に係る低反射構造を成型するための原版(以下、低反射構造原版ともいう)の製造工程の一例を示す断面図である。
まず、ニオブ酸リチウム単結晶基板41を準備する(図1(a))。
このニオブ酸リチウム単結晶基板41の表面上に、ドライエッチング用のマスクを形成していくが、図1では、マスクとして金属薄膜のパターンを使用する場合を示している。ここでは、ニオブ酸リチウム単結晶基板41の表面に、金属薄膜42を成膜する(図1(a))。
Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a manufacturing process of an original plate (hereinafter also referred to as a low reflection structure original plate) for molding a low reflection structure according to the present invention.
First, a lithium niobate single crystal substrate 41 is prepared (FIG. 1A).
A mask for dry etching is formed on the surface of the lithium niobate single crystal substrate 41. FIG. 1 shows a case where a metal thin film pattern is used as the mask. Here, a metal thin film 42 is formed on the surface of the lithium niobate single crystal substrate 41 (FIG. 1A).

この金属薄膜42の材質としては、ニオブ酸リチウム単結晶基板41とのエッチング選択比を考慮した場合、ニッケルやクロムが好適であるが、その他の金属、あるいはその混合物を用いても構わない。また、本形態の実施上問題が無ければ、金属以外の薄膜を用いても構わない。
また、この金属薄膜42の形成方法としては、スパッタや蒸着が好適であるが、本形態の実施上問題が無ければ、その他の成膜方法を用いても構わない。
As the material of the metal thin film 42, nickel or chromium is preferable in consideration of the etching selectivity with the lithium niobate single crystal substrate 41, but other metals or a mixture thereof may be used. Further, a thin film other than a metal may be used as long as there is no problem in the implementation of this embodiment.
Moreover, as a method for forming the metal thin film 42, sputtering or vapor deposition is suitable, but other film forming methods may be used as long as there is no problem in the implementation of this embodiment.

次に、金属薄膜42上に、フォトレジストや電子線レジストのような、所望の微細パターンを形成するためのレジスト膜としての樹脂薄膜43を成膜する(図1(b))。
さらに、樹脂薄膜43をパターニングして、樹脂微細パターン44を得る(図1(c))。この樹脂微細パターン44の形成方法は、フォトリソグラフィーや電子線リソグラフィーに限らず、ナノインプリントやホットエンボスのような機械的な手法を用いても構わない。また、自己組織化のような化学的手法を用いても構わない。
Next, a resin thin film 43 as a resist film for forming a desired fine pattern such as a photoresist or an electron beam resist is formed on the metal thin film 42 (FIG. 1B).
Further, the resin thin film 43 is patterned to obtain a resin fine pattern 44 (FIG. 1C). The method for forming the resin fine pattern 44 is not limited to photolithography or electron beam lithography, and a mechanical technique such as nanoimprinting or hot embossing may be used. Further, a chemical method such as self-organization may be used.

用いるパターン形成方法に合わせて、最適な材質の樹脂薄膜43を用意すればよい。
ここで、凸型の低反射構造原版を作る場合には、樹脂微細パターン44が上面から見てドット状のパターンになるようにパターニングする必要がある。逆に、凹型の原版を作る場合には、樹脂微細パターン44がホール形状になるようにパターニングする。樹脂微細パターン44のピッチは、可視光の波長と同程度かそれより短く、且つパターニングしやすい100〜500nm程度に設定するのが一般的である。
A resin thin film 43 made of an optimal material may be prepared in accordance with the pattern forming method to be used.
Here, when producing a convex low reflection structure original, it is necessary to pattern so that the resin fine pattern 44 may be a dot-like pattern when viewed from above. Conversely, when making a concave original, patterning is performed so that the resin fine pattern 44 has a hole shape. The pitch of the resin fine pattern 44 is generally set to about 100 to 500 nm, which is the same as or shorter than the wavelength of visible light and easy to pattern.

なお、樹脂微細パターン44のピッチは、100〜500nm程度に限るものではなくそれ以外の値に設定しても構わない。また、樹脂微細パターン44のピッチは全体に均一であっても、ある程度のバラツキがあっても構わない。このような樹脂微細パターン44のピッチの平均値やバラツキは、反射率の特性変化として現れるので、必要な特性とプロセスの内容に応じて設定すれば良い。   The pitch of the resin fine pattern 44 is not limited to about 100 to 500 nm, and may be set to other values. Further, the pitch of the resin fine patterns 44 may be uniform throughout or may vary to some extent. Such an average value or variation of the pitch of the resin fine pattern 44 appears as a change in the characteristic of the reflectance, and may be set according to the required characteristic and the content of the process.

次に、樹脂微細パターン44をマスクとして金属薄膜42をエッチングし、金属微細パターン45を得る(図1(d))。
この金属微細パターン45を得るためのエッチングは、所望の寸法・形状の金属微細パターン45を得ることが可能であれば、ドライエッチング・ウェットエッチングのいずれを用いても構わず、エッチングの手法については特に限定されない。
Next, the metal thin film 42 is etched using the resin fine pattern 44 as a mask to obtain a metal fine pattern 45 (FIG. 1D).
The etching for obtaining the metal fine pattern 45 may be either dry etching or wet etching as long as the metal fine pattern 45 having a desired size and shape can be obtained. There is no particular limitation.

次に、残存している樹脂微細パターン44を除去する(図1(e))。この除去方法は、プラズマを用いたドライプロセスでも良いし、有機溶剤などを用いたウェットプロセスでも構わない。また、後続の工程に影響を与えないのであれば、この工程をスキップして、樹脂微細パターン44を残したまま、次の工程を実施しても差し支えない。
次に、金属微細パターン45をマスクとして、ニオブ酸リチウム単結晶基板41の表面をドライエッチングする(図1(f))。
ドライエッチング方法としては、例えば、ICP−RIE(Inductively−Coupled−Plasma Reactive−Ion−Etching)などが好適と考えられるが、それ以外のエッチング方式を用いても構わない。
また、プラズマを発生させるために導入するガスとしては、CF,C,C,CHF等のフロロカーボン系のガスや六フッ化硫黄などの単独ガス、あるいは混合ガスが好適と考えられるが、その他のガスを用いても構わない。更に添加ガスとして、酸素や水素、アルゴン、ヘリウムを導入しても構わない。
Next, the remaining resin fine pattern 44 is removed (FIG. 1E). This removal method may be a dry process using plasma or a wet process using an organic solvent. If the subsequent steps are not affected, this step may be skipped and the next step may be performed while the resin fine pattern 44 remains.
Next, the surface of the lithium niobate single crystal substrate 41 is dry-etched using the metal fine pattern 45 as a mask (FIG. 1 (f)).
As a dry etching method, for example, ICP-RIE (Inductively-Coupled-Plasma Reactive-Ion-Etching) is considered suitable, but other etching methods may be used.
As the gas introduced to generate plasma, CF 4, C 2 F 6 , C 4 F 8, alone gas such as fluorocarbon gas and sulfur hexafluoride CHF 3 or the like or a mixed gas preferably, However, other gases may be used. Furthermore, oxygen, hydrogen, argon, or helium may be introduced as an additive gas.

このドライエッチングの際、エッチングにより形成されるニオブ酸リチウム微細パターン46の隣接パターン間隔が狭まっていくのと同時に、金属微細パターン45が縮小していくような条件でエッチングを行う。そのような条件を実現し、所望の形状を得るために、導入するガスの種類や比率、エッチング時のチャンバー圧力、RF電源への投入電力などを調整する必要がある。   In this dry etching, the etching is performed under such conditions that the adjacent pattern interval of the lithium niobate fine pattern 46 formed by the etching is reduced and the metal fine pattern 45 is reduced. In order to realize such a condition and obtain a desired shape, it is necessary to adjust the type and ratio of the introduced gas, the chamber pressure during etching, the input power to the RF power source, and the like.

最終的に、金属微細パターン45がほぼ消滅し、ニオブ酸リチウム微細パターン46の先端部の幅がほぼ“0”になると共に、ニオブ酸リチウム微細パターン46の底面側で隣接パターンが接するような状態までエッチングを行う(図1(g))。
次に、エッチング後の表面に残存する金属微細パターン45やエッチング残渣を除去するクリーニングを行う(図1(h))。
Eventually, the metal fine pattern 45 almost disappears, the width of the tip portion of the lithium niobate fine pattern 46 becomes almost “0”, and the adjacent pattern is in contact with the bottom surface side of the lithium niobate fine pattern 46. Etching is performed (FIG. 1 (g)).
Next, cleaning is performed to remove the metal fine pattern 45 and etching residue remaining on the etched surface (FIG. 1 (h)).

洗浄手段としては、硝酸2アンモニウムセリウム水溶液を主成分とするクロムエッチング液による金属微細パターン45の除去、アセトンやNMP(N−メチル−2−ピロリドン)、DMSO(ジメチルスルホキシド)等やそれらの混液を用いた有機洗浄、アンモニア水と過酸化水素水の混液等を用いたアルカリ洗浄等が考えられる。
洗浄手段は、エッチングの手法や金属微細パターン45の種類等に応じて、適当な手段を用いてよい。
As a cleaning means, removal of the metal fine pattern 45 by a chromium etching solution mainly composed of a diammonium cerium nitrate aqueous solution, acetone, NMP (N-methyl-2-pyrrolidone), DMSO (dimethyl sulfoxide), or a mixture thereof may be used. Organic cleaning used, alkali cleaning using a mixed solution of ammonia water and hydrogen peroxide solution, or the like can be considered.
As the cleaning means, an appropriate means may be used according to the etching method, the type of the metal fine pattern 45, and the like.

以上の工程により、本発明の目的とする、ニオブ酸リチウム微細パターン46による、非常に反射率の低い構造を得るための原版を作製することが出来た。この原版を用いて、ホットエンボスや熱ナノインプリント、UVナノインプリントのような手法で、樹脂製の板やフィルム表面に凹凸が反転した微細構造を形成することが可能である。
また、ニッケル電鋳やUV硬化樹脂への転写によって、凹凸が反転した複製版を製作した後、この複製版を用いてホットエンボスや射出成型、或いはナノインプリントのような手法で、樹脂製の板やフィルム表面に微細構造を形成することも可能である。
Through the above steps, an original plate for obtaining a very low reflectivity structure by the lithium niobate fine pattern 46, which is an object of the present invention, could be produced. By using this original plate, it is possible to form a fine structure in which irregularities are reversed on a resin plate or film surface by a technique such as hot embossing, thermal nanoimprint, or UV nanoimprint.
In addition, after producing a replicated plate with irregularities reversed by transfer to nickel electroforming or UV curable resin, using this replicated plate, a technique such as hot embossing, injection molding, or nanoimprinting is used. It is also possible to form a fine structure on the film surface.

さらには、上述のような複製工程を何回か繰り返した、二次複製版、三次複製版などを成型用の原版として用いても良い。
図2は、上述のような条件でニオブ酸リチウム単結晶基板31を、レジストマスクとしてCrマスクからなる線状のレジストパターンを用いて実際にエッチングした場合の、ニオブ酸リチウム単結晶基板31上のレジストパターンを上面から観察したSEM画像を示したものである。図2(a)がエッチング前、図2(b)がエッチング後を示している。
Furthermore, a secondary replication plate, a tertiary replication plate, or the like obtained by repeating the above-described duplication process several times may be used as a master for molding.
FIG. 2 shows the state of the lithium niobate single crystal substrate 31 on the lithium niobate single crystal substrate 31 when the lithium niobate single crystal substrate 31 is actually etched using a linear resist pattern made of a Cr mask as a resist mask. 2 shows an SEM image obtained by observing the resist pattern from the upper surface. FIG. 2A shows before etching, and FIG. 2B shows after etching.

図2(a)の樹脂微細パターン32および金属微細パターン33からなるレジストパターンはピッチが250nmであり、ライン状のレジストパターン幅が約130nmだった。
また、図2(a)および(b)のそれぞれに対応する断面形状の模式図を、図2(c)および(d)に示す。
The resist pattern composed of the resin fine pattern 32 and the metal fine pattern 33 in FIG. 2A has a pitch of 250 nm and a line-shaped resist pattern width of about 130 nm.
Moreover, the schematic diagram of the cross-sectional shape corresponding to each of Fig.2 (a) and (b) is shown to FIG.2 (c) and (d).

図2(a)〜(d)より、エッチング前のレジストパターン(32、33)のパターン幅に対し、エッチング後のレジストパターン34の幅は小さくなって、ほぼ消滅している事が分かる。一方で、エッチング後のニオブ酸リチウム微細構造の谷間部分35も、図2(b),(d)に示したとおり、非常に狭くなっている。
これらの画像より、マスク部が細くなると共に、エッチング開口部が閉じるようにエッチングが進行して、順テーパー側壁が形成されている事が分かる。この図2(d)の形状は、前記図3(c)に示す形状と類似している。つまり、このエッチング条件を用いる事によって、低反射特性に優れた表面構造を形成できる事を示している。
2A to 2D, it can be seen that the width of the resist pattern 34 after the etching is smaller than the pattern width of the resist pattern (32, 33) before the etching and almost disappears. On the other hand, the valley portion 35 of the lithium niobate microstructure after etching is also very narrow as shown in FIGS.
From these images, it can be seen that while the mask portion becomes thinner, the etching progresses so that the etching opening is closed, and a forward tapered side wall is formed. The shape of FIG. 2 (d) is similar to the shape shown in FIG. 3 (c). That is, it is shown that a surface structure excellent in low reflection characteristics can be formed by using this etching condition.

但し、低反射特性に優れた構造にするためには、図2のように一次元的な線状パターンではなく、ドットあるいはホール状の二次元パターンを形成する必要がある。これは、エッチングマスクをドットあるいはホール形状にする事で、容易に達成できる。
ニオブ酸リチウムをフッ素系ガスによるプラズマでドライエッチングする場合、生成されるフッ化リチウムの蒸気圧が低いため、先に述べたシリコンのドライエッチングの場合に比べて、生成物であるフッ化リチウムが側壁により再付着し易くなる。そのため、シリコンの場合に比べて、図4(b)に示したような工程を採用することでパターンを太らせる事が容易となり、結果としてより緩やかな側壁が、隣接する突起同士の底面側で接触するような構造を製作することも容易となる。
However, in order to obtain a structure having excellent low reflection characteristics, it is necessary to form not a one-dimensional linear pattern as shown in FIG. 2 but a dot or hole-shaped two-dimensional pattern. This can be easily achieved by making the etching mask into a dot or hole shape.
When dry etching of lithium niobate with plasma using a fluorine-based gas, the vapor pressure of the generated lithium fluoride is low, so the product lithium fluoride is less than in the case of dry etching of silicon described above. It becomes easy to reattach by the side wall. Therefore, compared with the case of silicon, it becomes easy to thicken the pattern by adopting the process as shown in FIG. 4B, and as a result, a more gentle side wall is formed on the bottom side of adjacent protrusions. It is also easy to manufacture a structure that makes contact.

また、ドライエッチング中には、Crなどの金属微細パターン33も一定の割合でエッチングされ、厚みが減少すると共に、横方向にも縮小が生じる。その結果、開口部上面側は幅が広がるようにエッチングされていく。これらの2つの効果によって、図2(b),(d)に示したように、図3(c)に示した形状に近い、低反射特性に優れた形状が得られる。   Further, during the dry etching, the metal fine pattern 33 such as Cr is also etched at a certain rate, the thickness is reduced and the lateral direction is also reduced. As a result, the upper surface side of the opening is etched so as to increase in width. Due to these two effects, as shown in FIGS. 2B and 2D, a shape close to the shape shown in FIG. 3C and excellent in low reflection characteristics can be obtained.

発明者らの実験によれば、ニオブ酸リチウムを用いた場合、側壁の角度を45〜60°といった、緩やかな値にする事が可能であった。これは、先に述べたとおり、シリコンのドライエッチングでは実現が困難だった値であり、シリコンのドライエッチングを用いる場合と比べて明確な利点となる。また、これも先に述べたとおり、側壁角度が緩やかな構造は、パターンを転写する場合にも有利である。このため、形状や材料の面で、これまで製造し得なかったような低反射構造体を製造できるようになる。   According to the experiments by the inventors, when lithium niobate was used, the side wall angle could be set to a moderate value such as 45 to 60 °. As described above, this is a value that is difficult to realize by dry etching of silicon, and is a clear advantage compared to the case of using dry etching of silicon. In addition, as described above, the structure having a gentle side wall angle is also advantageous in transferring a pattern. For this reason, in terms of shape and material, it becomes possible to manufacture a low reflection structure that could not be manufactured so far.

また、既に述べたとおり、シリコンのドライエッチングの場合は、図2(d)のような断面形状を得るためには、エッチングマスクのレジスト幅を50〜80nmといった狭い幅にする必要があり、リソグラフィーが困難になるという問題があった。これに対し、ニオブ酸リチウム基板31をクロムマスクなどの金属微細パターン33でエッチングする場合は、図2(a)に示したように、最初の電子線リソグラフィーで形成するレジストパターン(32、33)の幅は110〜130nm程度で良い。   Further, as described above, in the case of dry etching of silicon, in order to obtain a cross-sectional shape as shown in FIG. 2D, the resist width of the etching mask needs to be as narrow as 50 to 80 nm. There was a problem that became difficult. On the other hand, when the lithium niobate substrate 31 is etched with a metal fine pattern 33 such as a chrome mask, as shown in FIG. 2A, resist patterns (32, 33) formed by the first electron beam lithography. The width may be about 110 to 130 nm.

この様にレジスト幅を極端に狭くする必要が無いので、リソグラフィーが容易になるという利点があるのはもちろんだが、リソグラフィー条件の設定に余裕が生じるので、製造工程の歩留まりを引き下げる要因を排除できるという利点も生じる。
この様にして形成された、微細構造を表面に有するニオブ酸リチウム基板は、優れた低反射特性を示すので、そのまま部材として用いても良いし、型押しでパターンを転写する手法のためのモールドとして用いても良い。そのような転写方法としては、ナノインプリントやホットエンボス、UV複製といった方法が考えられるが、ここではそれらを総称してナノインプリントと呼ぶ事にする。
Since there is no need to make the resist width extremely narrow in this way, there is an advantage that lithography becomes easy, but there is a margin in setting the lithography conditions, so that it is possible to eliminate factors that reduce the yield of the manufacturing process. There are also benefits.
The lithium niobate substrate having the fine structure formed on the surface in this way exhibits excellent low reflection characteristics, so it can be used as a member as it is or a mold for transferring a pattern by embossing. It may be used as As such a transfer method, methods such as nanoimprinting, hot embossing, and UV replication can be considered. Here, these methods are collectively referred to as nanoimprinting.

さらに、シリコンとは異なり、ニオブ酸リチウムは透明な基板であり、光が透過するので、UVナノインプリントのモールドとして使用できるという利点が有る。UVナノインプリント用モールドの基板材料としてよく使用される石英に比べると、波長300〜400nmの紫外光の透過率は30〜40%程度低下する物の、60%以上の透過率があるので、UVナノインプリント用のモールドとして十分使用する事が出来る。   Further, unlike silicon, lithium niobate is a transparent substrate and transmits light, so that it can be used as a mold for UV nanoimprint. Compared to quartz, which is often used as a substrate material for molds for UV nanoimprint, the transmittance of ultraviolet light with a wavelength of 300 to 400 nm is reduced by about 30 to 40%, but there is a transmittance of 60% or more, so UV nanoimprint It can be used sufficiently as a mold.

石英基板のドライエッチングは、既に述べたように、シリコン基板以上に側壁角度が垂直に近くなり、またエッチング底面部が閉じるような、図2(d)のような形状にエッチングする事が非常に困難である。このため、図2(d)のような形状を有する、UVナノインプリント用モールドとして、ニオブ酸リチウム基板を用いたモールドは、特に有用であると言える。   As described above, dry etching of a quartz substrate is very easy to etch into a shape as shown in FIG. 2D where the side wall angle is almost perpendicular to that of a silicon substrate and the bottom surface of the etching is closed. Have difficulty. Therefore, it can be said that a mold using a lithium niobate substrate is particularly useful as a UV nanoimprint mold having a shape as shown in FIG.

以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこの例に限定されるものではない。
まず、直径100mm、厚さ500μmのニオブ酸リチウム単結晶基板(41)の上面に、100nm厚のクロム膜(42)をスパッタにて形成した(図1(a))。
次に、成膜したクロム膜の上に、化学増幅型電子線ポジレジストをスピンコーターで塗布して、200nm厚のレジスト層(43)を形成した(図1(b))。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further more concretely, this invention is not limited to this example.
First, a chromium film (42) having a thickness of 100 nm was formed on the upper surface of a lithium niobate single crystal substrate (41) having a diameter of 100 mm and a thickness of 500 μm (FIG. 1A).
Next, a chemically amplified electron beam positive resist was applied on the formed chromium film with a spin coater to form a resist layer (43) having a thickness of 200 nm (FIG. 1B).

次に、電子線描画によって、ピッチ250nm、線幅125nmの直交格子パターンを、上述の基板表面のほぼ全面に描画した。更に、85℃で5分間のPEB(Post Exposure Bake、露光後ベーク)を行った後、TMAH(Tetra−Methyl−Ammonium−Hydroxid)2.38%水溶液を用いて現像することで、幅125nmのドットパターンの樹脂微細パターン(44)を得た(図1(c))。   Next, an orthogonal lattice pattern having a pitch of 250 nm and a line width of 125 nm was drawn on almost the entire surface of the substrate by electron beam drawing. Furthermore, after performing PEB (Post Exposure Bake, post-exposure bake) at 85 ° C. for 5 minutes, development is performed using a 2.38% aqueous solution of TMAH (Tetra-Methyl-Ammonium-Hydroxid) to obtain a dot having a width of 125 nm. A resin fine pattern (44) of the pattern was obtained (FIG. 1 (c)).

次に、前記樹脂微細パターン44をエッチングマスクとして、塩素と酸素の混合ガスプラズマを用いたICP−RIEによって、クロム膜のエッチングを行った。これにより、幅125nmのドットパターンの微細クロムパターン(45)を得た(図1(d)、(e))。
次に、前期微細クロムパターンをエッチングマスクとして、フロロカーボンを主体とした混合ガスプラズマを用いたICP−RIEにより、ニオブ酸リチウム基板の表面をエッチングした。その際、導入ガス流量をそれぞれ、C: 50sccm, Ar: 50sccmとして、プロセス圧力を5mTorr、ICP RF Powerを800W、Bias RF Powerを100Wとして、深さ200nm程度のエッチングを行った。
Next, the chromium film was etched by ICP-RIE using a mixed gas plasma of chlorine and oxygen using the resin fine pattern 44 as an etching mask. Thus, a fine chromium pattern (45) having a dot pattern with a width of 125 nm was obtained (FIGS. 1D and 1E).
Next, the surface of the lithium niobate substrate was etched by ICP-RIE using a mixed gas plasma mainly composed of fluorocarbon using the fine chromium pattern as an etching mask. At that time, etching was carried out to a depth of about 200 nm with the introduced gas flow rates of C 4 F 8 : 50 sccm and Ar: 50 sccm, the process pressure of 5 mTorr, the ICP RF Power of 800 W, and the Bias RF Power of 100 W, respectively.

すると、エッチング中に開口部が狭まると共に、クロムマスクが後退して行くことで順テーパー形状の側壁が形成され、最終的にクロムマスクが完全になくなった時点で、先端に平坦な部分が無い、円錐状または砲弾状の突起が、底面部の隙間が殆ど無い状態で敷き詰められた、低反射特性に優れた形状を有する微細構造が得られた(図1(f)、(g))。   Then, the opening narrows during etching, and the chrome mask recedes to form a forward tapered side wall, and when the chrome mask is finally completely removed, there is no flat part at the tip. A fine structure having a shape excellent in low reflection characteristics in which conical or shell-like projections were spread with almost no gap between the bottom surfaces was obtained (FIGS. 1 (f) and (g)).

次に、硝酸2アンモニウムセリウムと硝酸の混合水溶液による残存クロム成分の除去、NMP(N−メチル−2−ピロリドン)、MEA(モノエタノールアミン)などを用いた有機洗浄、さらにアンモニア水と過酸化水素水の混液などを用いたアルカリ洗浄などを行い、前記微細構造が表面に形成されたニオブ酸リチウム基板のクリーニングを行った。
その結果、微細構造の先端がほぼ零であり、且つ微細構造どうしが底面側で接触する構造を得ることができた(図1(h))。
Next, removal of the residual chromium component with a mixed aqueous solution of diammonium cerium nitrate and nitric acid, organic cleaning using NMP (N-methyl-2-pyrrolidone), MEA (monoethanolamine), etc., further aqueous ammonia and hydrogen peroxide Alkali cleaning using a mixed solution of water or the like was performed to clean the lithium niobate substrate having the microstructure formed on the surface.
As a result, it was possible to obtain a structure in which the tips of the fine structures are almost zero and the fine structures are in contact with each other on the bottom side (FIG. 1 (h)).

11、21 基板
12、13、14 微細構造パターン
23、25 順テーパー構造
31、41 ニオブ酸リチウム単結晶基板
32、44 樹脂微細パターン
33、34、45 金属微細パターン(クロムパターン)
35 ニオブ酸リチウム微細パターンの谷間部
42 金属薄膜
43 樹脂薄膜(レジスト膜)
46 ニオブ酸リチウム微細パターン
11, 21 Substrate 12, 13, 14 Fine structure pattern 23, 25 Forward taper structure 31, 41 Lithium niobate single crystal substrate 32, 44 Resin fine pattern 33, 34, 45 Metal fine pattern (chrome pattern)
35 Valley portion of lithium niobate fine pattern 42 Metal thin film 43 Resin thin film (resist film)
46 Fine pattern of lithium niobate

Claims (5)

表面に微細構造を備える事により、前記表面での光の反射率を低減させる低反射構造を成型するための原版の製造方法であって、
前記原版の基板材料として、ニオブ酸リチウム単結晶基板を用いることを特徴とする原版の製造方法。
By providing a fine structure on the surface, a method for producing an original plate for molding a low reflection structure that reduces the reflectance of light on the surface,
A method for producing an original plate, wherein a lithium niobate single crystal substrate is used as the substrate material of the original plate.
請求項1に記載の原版の製造方法であって、
前記低反射構造を成型するための低反射特性を示す微細構造を、前記ニオブ酸リチウム単結晶表面にドライエッチングにより形成することを特徴とする原版の製造方法。
It is a manufacturing method of the original plate according to claim 1,
A method for producing an original plate, wherein a fine structure having low reflection characteristics for forming the low reflection structure is formed on the surface of the lithium niobate single crystal by dry etching.
請求項2に記載の原版の製造方法であって、
前記微細構造として、同一形状の凸部を複数隣接して形成し且つ前記凸部の側壁形状を順テーパー形状に形成し、さらに、前記微細構造の水平断面において、前記凸部の上端部位置において前記凸部が占める割合と、前記凸部の底面位置において非凸部が占める割合と、が共に零となるようにすることを特徴とする原版の製造方法。
It is a manufacturing method of the original plate according to claim 2,
As the fine structure, a plurality of convex portions having the same shape are formed adjacent to each other, and the side wall shape of the convex portion is formed in a forward tapered shape. Further, in the horizontal cross section of the fine structure, at the upper end position of the convex portion The method for producing an original plate, wherein the ratio occupied by the convex portions and the ratio occupied by non-convex portions at the bottom surface position of the convex portions are both zero.
請求項2または請求項3に記載の原版の製造方法であって、
前記ドライエッチングの導入ガスとしてフロロカーボン系のガスを用い、前記ニオブ酸リチウム単結晶との反応により蒸気圧の低い反応生成物を生成させることを特徴とする原版の製造方法。
A method for producing an original plate according to claim 2 or claim 3,
A method for producing an original plate, wherein a fluorocarbon-based gas is used as an introduction gas for the dry etching, and a reaction product having a low vapor pressure is generated by a reaction with the lithium niobate single crystal.
請求項1から請求項4の何れか1項に記載の原版の製造方法を用いて生成したことを特徴とする原版。   An original plate produced using the method for producing an original plate according to any one of claims 1 to 4.
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