JP3859473B2

JP3859473B2 - スタンパの製造方法

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばＣＤ（コンパクトディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（読み出し専用コンパクトディスク）、ＭＤ（ミニディスク）、ＬＤ（レーザディスク）等の光ディスク用ピックアップ部品に使用される光学素子の製造に用いるスタンパの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、光ディスク用ピックアップ部品として使用されるホログラム素子は、通常数ｍｍ角の大きさであり、大量かつ安価に製造することを目的として、大型の光透過性基板上に一括して複数個の素子を形成した後、分断して製造される。ホログラム素子には、きわめて微細な回折格子が精密に形成されており、この回折格子を形成する方法としては、図９に示すような、半導体装置の製造方法を利用する方法や、図１０並びに図１１に示すようなフォトポリマー法（Photo Polymer；以下２Ｐ法と称す）と呼ばれる成形方法等の種々の方法が実施されている。
【０００３】
以下、半導体装置の製造方法を利用するホログラム素子の製造方法を、図９を用いて説明する。
【０００４】
まず、図９（ａ），（ｂ）に示すように、ガラス基板５１の片面に感光性材料５２をスピンコート法等によって塗布する。
【０００５】
次に、図９（ｃ）に示すように、感光性材料５２に所定のパターンをフォトリソグラフィによって形成する。
【０００６】
その後、図９（ｄ）に示すように、ＣＦ₄やＣＨＦ_３等のガス雰囲気中で、反応性イオンエッチング（以下、「ＲＩＥ」と言う。）法によりガラス基板５１に微細なパターン５１ａを形成する。このとき、上記ガラス基板５１と共に感光性材料５２も加工される。そのため、上記ガラス基板５１の加工レートと感光性材料５２の加工レートとの関係をあらかじめ把握しておき、ガラス基板５１に所定の深さのパターン５１ａが形成された後も、感光性材料５２がガラス基板５１上に残留するように感光性材料５２の塗布厚さを設定する。
【０００７】
そして、上記ガラス基板上５１に残留した感光性材料５２を、図９（ｅ）に示すように、溶剤で除去するか、酸素ガス雰囲気中で灰化して除去する。
【０００８】
このようにして上記ガラス基板５１上に形成された複数個のホログラム素子は、図９（ｆ）に示すように、最終的に必要とされる形状Ｈ1に分割して、中間製品として完成する。
【０００９】
しかし、図９に示す製造方法は、ＲＩＥの工程に長時間を要し、製造効率が上がらないうえ、ガラス基板５１の両面に同時に回折格子を形成できない。そのため、両面に効率良く回折格子を形成できる安価な製造方法の１つとして、図１０および図１１に示す２Ｐ法を用いた方法が提案されている。
【００１０】
図１０に示す２Ｐ法によるホログラム素子の製造方法では、まず、図１０（ａ）に示すように、予め微細パターン６１ａが形成された原盤６１上に紫外線硬化型液状樹脂６２を塗布し、この紫外線硬化型液状樹脂６２を介して原盤６１上に光透過性基板６３を配置する。
【００１１】
次に、図１０（ｂ）に示すように、紫外線硬化型樹脂６２を光透過性基板６３と原盤６１とで形成される空間に必要であれば加圧しながら充分に圧し広げる。
【００１２】
さらに、紫外線を照射することによって樹脂を硬化させた後、図１０（ｃ）に示すように、光透過性基板６３と原盤６１を分離させる。上記紫外線硬化型液状樹脂６２には、硬化後の光透過性基板６３との接着性が原盤６１とよりも優れるような材料を選択するか、光透過性基板６３との接着性を前処理によって向上させておくことにより、光透過性基板６３に、原盤６１の微細パターン６１aの転写パターン１６２ａをもつ樹脂層１６２を形成する。
【００１３】
上記光透過性基板６３の両面に同時に転写パターンを形成するには、図１１に示すように、まず、図１１（ａ）に示すように、両面にプライマー層７４，７４’をもつ透明の基板７３を、上下の原盤６１，６１’の間に紫外線硬化型樹脂６２，６２’を介して挟み込んで加圧する。
【００１４】
次に、図１１に（ｂ）に示すように、紫外線ＵＶを照射して樹脂を硬化させた後、基板７３から原盤６１，６１’を分離する。
【００１５】
そして、図１１（ｃ）に示すように、基板７３の両面の樹脂層１６２の転写パターン１６２ａ，１６２’ａ上に反射防止膜６５，６５’を蒸着する。
【００１６】
最後に、図１１（ｄ）に示すように、必要な形状Ｈ_２に分割するものである。
【００１７】
この製造方法は、基板７３およびこれを挟む原盤６１，６１’を共に光透過性のものにすることによって、基板７３の両面に互いに位置決めされた微細パターンを同時に形成できるので、１つのホログラム素子の片面にトラッキングビーム生成機能を，もう片面に光分岐・誤差信号生成機能をもたせて高集積化が可能なうえ、製造効率を向上できるという利点がある。
【００１８】
上記２Ｐ法によるホログラム素子の製造歩留まりの向上および製造コストの低減には、良好な微細パターン６１aをもつ原盤６１を作製することが必須要件となる。そして、この原盤（以下、「スタンパ」と言う。）は、図１２，図１３に示すような手順で作られる。なお、図１２，図１３中の（ａ），（ｂ），（ｅ），（ｇ），（ｈ）は、製造方法の互いに同じ工程を表わしている。
【００１９】
即ち、（ａ）の工程で、石英基板６１を洗浄した後、（ｂ）の工程で、石英基板６１の表面にレジスト６６を塗布し、（ｃ）の工程で、石英基板６１をプリベークしてレジスト膜中の溶剤を除去し、（ｄ）の工程で、微細パターンをもつマスクを石英基板６１にアラインメントして密着させた後、露光する。次いで、（ｅ）の工程で、感光したレジスト部分を現像により除去してパターン６７を作り、（ｆ）の工程で、ポストベークし、（ｇ）の工程で、ドライエッチングの一種であるＲＩＥによりパターン６７をマスクとして所定の深さに彫る。さらに、（ｈ）の工程で、レジストパターンを酸素ガスによる灰化またはリムーパーによって除去し、（ｉ）の工程で、仕上げの洗浄を行なう。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記スタンパ６１を用いた２Ｐ法によるホログラム素子の作製においては、成形バリと言われる欠陥が生じることが明らかになった。この成形バリは、図１４（ａ）に示すスタンパ６１の矩形の溝に、図１４（ｂ）に示すように注入された紫外線硬化型樹脂６２が硬化して離型する時に、硬化した樹脂である成形品の微細パターンの一部が、図１４（ｃ）に示すように、破損して不良となるもので、破損片６７は、通常密着性の関係からスタンパ側には残らず、大半が成形品６２側に付着する。そのため、上記ホログラム素子の製造において、不良発生率が増加して、量産性が低下してしまうという問題がある。
【００２１】
上記成形バリの防止対策としては、特開２０００−２３１０１１号公報に開示されたものがある。特開２０００−２３１０１１号公報には、スタンパにおける微細パターンの溝の側壁が、スタンパ表面に対して傾斜をなし、そのスタンパ表面に対する傾斜角θが、微細パターンの溝の深さｈ、その溝の底幅をｗとするとき、次の関係式（１０）を満たし、さらに該傾斜を有するに加えて、上記溝底が凹状の丸みを有する、あるいは、上記凸部のエッジに丸みがある、あるいは上記凸部のエッジが面取りされている形状であることが開示されている。
Ｔａｎ^−１（２ｈ／ｗ）＜θ＜８０°……（１０）
【００２２】
このような形状であれば成形バリの発生を低減できることは明らかであるが、紫外線硬化型樹脂の表面に転写される微細パターンの溝の側壁に傾斜がつき過ぎた場合、回折効率等の光学特性に悪影響を及ぼすことが判明し、その側壁の傾斜角の製造範囲をより厳しく管理する必要が生じた。
【００２３】
上記微細パターンの溝の側壁に傾斜がつき過ぎると、１次回折効率が通常より２％以上大きく低下してしまう。
【００２４】
また、通常のホログラムパターンは２つ以上の領域に分割されており、各領域ではそれぞれピッチが異なり、各領域における１次回折効率はほぼ等しく、各領域間における１次回折効率の比（以下、「効率比」と言う。）が０．９〜１．１であることが通常のホログラム素子としての要求事項となるが、微細パターンの溝の側壁に傾斜がつき過ぎると、その効率比が大きく崩れてしまうという問題がある。つまり、各領域における１次回折効率をほぼ等しくすることができない。
【００２５】
また、上述したような形状を実現するため、特開２０００−２３１０１１号公報では、次の（Ｉ）〜（V）の方法を用いることが開示されている。
【００２６】
（I）反応性イオンエッチングにおいて、エッチングレートを落として時間をかけてエッチングをする。
【００２７】
（II）スタンパの部材として溝側壁が傾斜のつきやすい部材である青板ガラスを用いる。
【００２８】
（III）スタンパの製造工程にて、現像工程と反応性イオンエッチング工程の間にウエットエッチング工程を行う。
【００２９】
（IV）スタンパの製造工程にて、反応性イオンエッチング工程とレジスト除去工程の間にウエットエッチング工程を行う。
【００３０】
（V）スタンパの製造工程にて、レジスト除去工程の後にウエットエッチング工程を行う。
【００３１】
しかしながら、（Ｉ）〜（V）の各方法には量産において以下の問題点があることが判明した。
【００３２】
（Ｉ）では、エッチングレートを通常の半分以下にするため、入射電力を半分以下に小さくすることで実施しているが、入射電力を通常の半分以下でのエッチングは、エッチング状態が不安定になりやすい。その結果、エッチングチャンバー内での均一なエッチングが出来ない場合や、エッチングのロット毎にエッチング状態のバラツキが生じる場合があり、一定品質のスタンパを製造できないという問題がある。
【００３３】
（II）では、スタンパの部材として溝側壁が傾斜のつきやすい部材である青板ガラスを用いる手法を取っているが、これは部材が紫外線を透過しないから、青板ガラスを用いたスタンパでは、基板の片面にパターンを形成する場合にしか対応できない。その結果、上記基板の両面にパターンを形成できず、ホログラム素子の量産性が低下するという問題がある。
【００３４】
（III）〜（V）の製造方法では、ウエットエッチング工程を従来のスタンパ工程中に追加する手法であるが、ウエットエッチングではスタンパ全体を均一にエッチングすることが困難で、かつ、エッチング液の濃度、温度、反応物、ＰＨ等の管理を行いながらスタンパをウエットエッチングすることが困難で、スタンパ毎にエッチング状態が一様でないという問題がある。
【００３５】
そこで、本発明の目的は、２Ｐ法によって形成する微細パターンにおける溝の側壁の勾配の精度を高めることができ、光学素子の量産性を向上させることができるスタンパの製造方法を提供することにある。
【００３６】
また、本発明の他の目的は、一定品質を得ることができるスタンパの製造方法を提供する。また、低コストで量産性に優れたスタンパの製造方法を提供することにある。
【００３７】
【課題を解決するための手段】
本発明の参考例のスタンパは、微細パターンを表面に有し、上記微細パターンの溝の側壁が上記表面に対して傾斜しているスタンパにおいて、
上記溝の側壁の上記表面に対する傾斜角θは、以下の関係式
Ｔａｎ^−１（４×ｈ×ｗ_１ ^−０．２）＜θ＜７０°
ｈ：上記溝の深さ
ｗ_１：上記溝の側壁によって画成される凸部の頂上の幅
を満たすことを特徴としている。
【００３８】
上記構成のスタンパを用いて例えば光学素子を２Ｐ法で製造した場合、上記傾斜角θが上記関係式を満たしていることにより、２Ｐ法によって形成する微細パターンにおける溝の側壁の勾配の精度を高めることができる。その結果、上記光学素子の光学特性に悪影響が生じることがなく、光学素子の１次回折効率や効率比が低下するのを阻止することができる。
【００３９】
また、上記傾斜角θが上記関係式を満たしているので、光学素子に生じる成形バリの発生頻度が減少する。その結果、上記光学素子の量産性を向上させることができる。
【００４０】
また、本発明の他の参考例のスタンパは、微細パターンを表面に有し、上記微細パターンの溝の側壁が上記表面に対して傾斜しているスタンパにおいて、
上記溝の側壁によって画成される凸部の底部の幅ｗ_２は、以下の関係式
０．３×ｈ＜（ｗ_２−ｗ_１）＜ｈ＋０．０５
ｈ：上記溝の深さ
ｗ_１：上記凸部の頂上の幅
を満たすことを特徴としている。
【００４１】
上記構成のスタンパを用いて例えば光学素子を２Ｐ法で製造した場合、上記凸部の底部の幅ｗ_２が上記関係式を満たしていることにより、２Ｐ法によって形成する微細パターンにおける溝の側壁の勾配の精度を高めることができる。その結果、上記光学素子の光学特性に悪影響が生じることがなく、光学素子の１次回折効率や効率比が低下するのを阻止することができる。
【００４２】
また、上記凸部の底部の幅ｗ_２が上記関係式を満たしているので、光学素子に生じる成形バリの発生頻度が減少する。その結果、上記光学素子の量産性を向上させることができる。
【００４３】
上記課題を解決するため、本発明のスタンパの製造方法は、
フォトポリマー法に用いるスタンパを製造するスタンパの製造方法であって、
ガラス基板上に所定形状のレジストを形成する工程と、
上記レジストをマスクとして用いて、反応性イオンエッチングを行うことにより、上記ガラス基板の表面に微細パターンを形成する工程と
を備え、
上記反応性イオンエッチングは、
上記ガラス基板の表面に第１の深さの溝を形成する第１のエッチングと、
この第１のエッチングの後に行われ、上記第１のエッチングの選択比よりも選択比が大きくて、上記第１の深さの溝をさらに深くして第２の深さの溝を形成する第２のエッチングと
で行うことを特徴としている。
【００４４】
上記構成のスタンパの製造方法によれば、上記参考例や他の参考例のスタンパを製造できるから、光学素子の量産性を向上させることができる。
また、上記微細パターンを反応性イオンエッチングで形成するから、一定品質のスタンパを得ることができる。
【００４５】
また、上記反応性イオンエッチングによる微細パターンの形成は、低コストで量産性に優れている。
【００４６】
【００４７】
また、上記反応性イオンエッチングは、第１のエッチングと、この第１のエッチングの後に行われ、上記第１のエッチングの選択比よりも選択比が大きい第２のエッチングとで行うから、第１のエッチングの時間を調整することで、所定の傾斜角の溝形状を容易に作製することができる。
【００４８】
本明細書において、選択比とはレジストのエッチングレートに対するスタンパ部材のエッチングレートの比のことである。
【００４９】
一実施形態のスタンパの製造方法は、上記第１のエッチングは、ＣＦ_４またはＣＨＦ_３の反応性イオンガスと酸素ガスとを混合して行い、上記第２のエッチングは、ＣＦ_４またはＣＨＦ_３の反応性イオンガス単体で行う。
【００５０】
上記実施形態のスタンパの製造方法によれば、上記第１のエッチングを、ＣＦ_４またはＣＨＦ_３の反応性イオンガスと酸素ガスとを混合して行い、上記第２のエッチングを、ＣＦ_４またはＣＨＦ_３の反応性イオンガス単体で行うから、第１のエッチングの時間を調整することで、所定の傾斜角の溝形状を容易に作製することができる。
【００５１】
【００５２】
【００５３】
【００５４】
【００５５】
【００５６】
【００５７】
【００５８】
【００５９】
【００６０】
【００６１】
【００６２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００６３】
図１は、光学素子の一例であるホログラム素子ＨをレーザユニットＵに取り付けてなるホログラムレーザユニットＨＬの全体構成図である。
【００６４】
上記レーザユニットＵは、ステム１０と一体のヒートシンク１０ａに、レーザチップ１１と信号読み取り用の受光素子１２とを固定し、これらを上部にガラス窓１４をもつキャップ１３で覆ってなり、キャップ１３の上面に接着剤１５を介してホログラム素子Ｈの下面が固定されている。
【００６５】
上記ホログラム素子Ｈは、プラスチック製の透明基板１の表裏両面に、密着性を上げるためのプライマー層２，３を介して、夫々微細パターンが形成された紫外線硬化型樹脂層４，５を有し、これらの表面を耐候性に優れた反射防止膜６，７で覆ってなる。
【００６６】
上記透明基板１には、住友化学社製のアクリル押し出し成形材（商品名スミペックス、グレード名Ｅ０１１）を用い、プライマー層２，３には、Ｎ−ビニル−２−ピロリドン溶剤を用い、紫外線硬化型樹脂層４，５には、三菱レイヨン社製のＭＰ−１０７（溶液時の粘度３３０ｃｐｓ）を用い、反射防止膜６，７には、ＺｒＯ_２＋ＴｉＯ_２混合層とＳｉＯ_２層の２層構造を用いている。上記紫外線硬化型樹脂層４，５の表面には、微細パターンとして、夫々ホログラムパターン，グレーティングパターンが、後述する２Ｐ（フォトポリマー）成形法によって互いにアライメント（位置決め）されて成形されている。
【００６７】
図２は、上記ホログラム素子Ｈの製造工程およびホログラム素子ＨをレーザユニットＵに固定する工程のフローチャートである。
【００６８】
まず、ステップＳ１の洗浄工程で、例えば１３０ｍｍ×１３０ｍｍ×２ｍｍの透明基板１をカセットに１０枚装着し、カセットごと純水に浸漬して超音波洗浄を２分行い、続いてカセットをＩＰＡ（イソプロピルアルコール）に浸漬し超音波洗浄を２分間行った後、透明基板１を自然乾燥させる。
【００６９】
次に、ステップＳ２の前処理工程で、カセットに１０枚装着した透明基板１を、カセットごと上記Ｎ−ビニル−２−ピロリドン溶剤に浸漬し、バーテック社製リンサードライヤーＭＯＤＥＬ１６００―３のスピンドライヤー装置を用いて余分な溶剤を除去し、１０分間８５℃のクリーンベーク炉で乾燥させて、プライマー層２，３を形成する。上記スピンドライヤー装置には、上記溶剤に対して耐溶剤性のあるテフロン（登録商標）材のシールド材を用い、可燃性に考慮して防爆対策を施した。
【００７０】
次に、ステップＳ３の２Ｐ成形工程を行う。この２Ｐ成形工程では、後述する２Ｐ成形装置を用いてプライマー層２，３上の紫外線硬化型樹脂層４，５の表面に微細パターンを形成する。
【００７１】
次に、ステップＳ４の反射防止膜形成工程を行う。この反射防止膜形成工程では、シンクロン社製の蒸着装置ＢＭＣ−８５０ＤＣＩを用いて、紫外線硬化型樹脂層４，５側より既述のＺｒＯ_２＋ＴｉＯ_２混合層とＳｉＯ_２層の２膜構造の反射防止膜６，７をＲＦ―ＩＰ（高周波イオンプレーティング法）によって形成する。
【００７２】
さらに、ステップＳ５の分断工程で、ディスコ（株）会社製のダイシング装置を用いて、反射防止膜６，７が形成された透明基板１を所定形状に分断してホログラム素子Ｈを形成する。
【００７３】
最後に、ステップＳ６のホログラム固定工程では、スリーボンド社製の紫外線硬化型接着剤３０３３を用いて、ホログラム素子ＨをレーザユニットＵのキャップ１３に固定する。
【００７４】
図３は、図２のステップＳ３で述べた２Ｐ成形工程で用いる２Ｐ成形装置２０のブロック図であり、図４は、図３中のダイセット２０の正面図である。その２Ｐ成形装置２０は、図３に示すように、ダイセット２１、ダイセット装着部２２、露光部２３および搬送系２４で構成されている。
【００７５】
上記ダイセット２１においては、図４に示すように、上金型３１と下金型３２の間の四隅にガイドポスト３５が立設され、図２のダイセット装着部２２側にある油圧シリンダ３６の駆動によって、下金型３２がガイドポスト３５に案内されながら上金型３１に対して昇降して、型を閉じたり、開いたりする。上下の金型３１，３２には、スタンパ固定部３３，３４を介してスタンパ１７，１８がそれぞれ固定され、これらのスタンパ１７，１８の間に、ディスペンサー等を用いて塗布、あるいは滴下される紫外線硬化型樹脂を介して、ホログラム素子の原料である透明基板１が挟まれる。
【００７６】
上記スタンパ１７，１８には、例えばφ１２５ｍｍ×厚さ３ｍｍの日本石英社製の石英基板を用い、予めフォトリソグラフィー技術により表面に微細パターンが形成されている。そして、上記紫外線硬化型樹脂４，５は、３ｋｇ／ｃｍ^２の加圧力でディスペンサーによって、１００ｍｓの塗布時間で０．1ｇの量で塗布される。
【００７７】
上記透明基板１には、２Ｐ成形法によって次のように微細パターンが形成される。
【００７８】
図４に示すダイセット２１の上下の金型３１，３２を閉じ、加圧力３ｋｇ／ｃｍ^２で加圧し２分３０秒間保持し、保持状態でダイセット２１を搬送系２３（図３参照）によって、ダイセット装着部２２から露光部２４に搬送する。この露光部２４で、紫外線を２０秒間照射して紫外線硬化型樹脂を完全に硬化させて、紫外線硬化型樹脂層４，５を形成する。このようにしてスタンパ１７，１８がもつ微細パターンが、透明基板１の両面の紫外線硬化型樹脂層４，５層に正確に転写される。この時の樹脂厚みは５〜１０μｍであった。
【００７９】
次に、上記ダイセット２１を、搬送系２３によって再びダイセット装着部２２に搬送し、ここで加圧を解除すると共に、上下の金型３１，３２を開いて、微細パターンが表面に形成された紫外線硬化型樹脂４，５を有する透明基板１を取り出す。
【００８０】
なお、上記微細パターンが表面に形成された紫外線硬化型樹脂４，５と透明基板１との密着性を調べるため、完成した基板に５ｍｍ×５ｍｍの碁盤目に傷を付けた上に貼り付けたテープを剥がすピール試験を行ったが、透明基板と紫外線硬化型樹脂との間には全く剥離は生じなかった。
【００８１】
以上の２Ｐ成形工程によって透明基板１の両面の紫外線硬化型樹脂層４，５の表面に形成される微細パターン、この微細パターンに対応するスタンパ側の微細パターン、およびこの微細パターンをもつスタンパの製造方法について、具体的に実験した各実施形態に即して順次説明する。
【００８２】
（第１参考例）
図５は、本発明の第１参考例のスタンパ１７，１８における微細パターンの拡大図である。この微細パターンは、図５に示すように、溝１００の側壁１００ａがスタンパ表面に対して傾斜角θで傾いている。上記スタンパ表面に対する傾斜角θは、溝１００の深さをｈ、その溝１００の側壁１００ａによって画成される凸部１０１の頂上の幅をｗ_１とするとき、Ｔａｎ^−１（４×ｈ×ｗ_１ ^−０．２）＜θ＜８０°の関係を満たす。
【００８３】
図６は、光学素子の一例としてのホログラム素子Ｈ（図１参照）の紫外線硬化型樹脂層４，５の表面に形成された微細パターンの拡大図である。この微細パターンは、図６に示すように、溝２００の側壁２００ａが素子表面に対して傾斜角θ’で傾いている。上記素子表面に対する傾斜角θ’は、溝２００の深さをｈ’、その溝２００の底幅をｗ_１’とするとＴａｎ^−１（４×ｈ’×ｗ_１’^−０．２）＜θ＜８０°の関係を満たす。
【００８４】
上記スタンパ１７，１８における微細パターンの傾斜角θの関係式は、種々の深さｈおよび幅ｗ_１をもつスタンパ１７，１８で紫外線硬化型樹脂層４，５の表面に微細パターンを作製し、スタンパ１７，１８の離型時の成形バリの発生率を、１００個の微細パターンについて光学顕微鏡にて観察してパーセントで表し、傾斜角θは、微細パターンを分断し、その断面形状を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察して求めた。
【００８５】
即ち、上記成形バリは、スタンパ１７，１８の微細パターンの傾斜角θをパラメータとして、θが９０°付近で多発し、８０°を下回ると減少し、６０〜７０°で急激に減少するので、上限値を８０°とした。θの下限値はＴａｎ^−１（４×ｈ×ｗ_１ ^−０．２）で示されるように、微細パターン形状に係わるｈ，ｗ_１に依存し、例えば、溝１００の深さｈが０．４μｍで、凸部１０１の頂上の幅ｗ_１が０．７μｍの場合はθ＝約６０°となり、溝１００の深さｈが０．４μｍで、微細パターンの幅ｗ_１が１．０μｍの場合はθ＝約５８°となる。θの下限値は回折効率によって決定され、１次回折効率が２％より下回らない場合の形状から実験的に求めた値である。
【００８６】
したがって、上記スタンパ１７，１８における微細パターンの溝１００の側壁１００ａの傾斜角θは６０°＜θ＜７０°の範囲内であるのが好ましい。
【００８７】
また、上記ホログラム素子Ｈの紫外線硬化型樹脂層４，５における微細パターンの溝２００の側壁２００ａの傾斜角θ’は６０°＜θ’＜７０°の範囲内であるのが好ましい。
【００８８】
本第１参考例において、溝１００の深さｈ、凸部１０１の頂上の幅ｗ_１、傾斜角θと成形バリ発生率および１次回折効率との関係を、後述する各参考例および各実施形態における関係と共に下表１に示す。なお、表１のｗ_２は、溝１００の側壁１００ａによって画成される凸部１０１の底部の幅を示す。
【００８９】
【表１】

【００９０】
図７は、上記スタンパ１７，１８を製造する本発明の一実施形態のスタンパの製造方法のフローチャートであり、図８は上記スタンパの製造方法の工程断面図である。なお、図７，図８中の（a），（b），（e），（g），（h）は、同じ工程を表している。
【００９１】
以下、図７，図８を用いて、上記スタンパ１７の製造方法について説明する。
【００９２】
まず、図７（ａ），図８（ａ）の洗浄工程で、石英基板４０（φ１２５ｍｍ，厚み３ｍｍ）を島田理化社製の自動洗浄装置で洗浄する。
【００９３】
そして、図７（ｂ），図８（ｂ）のレジスト塗布工程で、石英基板４０にレジスト４１（シプレイ社製のレジストＳ１８０８）を湯浅社製のスピンコーターで塗布する。
【００９４】
次に、図７（ｃ）のプリベーク工程で、DAITORON社製のクリーンオーブンにて９０℃、５０分プリベークする。
【００９５】
次に、図７（ｄ）の露光工程で、上記石英基板４０上のレジスト４１にキャノン社製のマスクアライナーＰＬＡ−５０１にて微細パターンを露光する。
【００９６】
そして、図７（ｅ），図８（ｅ）の現像工程で、湯浅社製のデベロッパーにて現像液シプレイ社製のマイクロポジット３５１の５倍希釈液にて現像する。これにより、所望のパターンが形成されたレジスト４１ａが得られる。
【００９７】
次に、図７（ｆ）のポストベーク工程で、DAITORON社製のクリーンオーブンにて９０℃、５０分ポストベークを行う。
【００９８】
図７（ｇ），図８（ｇ）のＲＩＥ工程で、サムコーインターナショナル研究所社製の１０−ＮＲドライエッチング装置にて、２段階のエッチングを行う。具体的には、入力電力８５Ｗ、到達真空度２．７Ｐａで、第１段階では使用ガスＣＦ_４を３０ｓｃｃｍとＯ_２ガス５ｓｃｃｍを同時に導入し、第１のエッチングを行う。この第１のエッチングでは、１８０ｎｍの深さを得るため８分の時間を要した。続いて、第２段階では、そのままの真空状態で、一旦入射電力を落とし、ＣＦ_４ガス３０ｓｃｃｍのみを導入し、入力電力８５Ｗで９分間の第２のエッチングを行って、トータルの深さ４００ｎｍとした。このような２段階の第１，第２のエッチングにより、石英基板４０ａの表面に微細パターンが形成される。
【００９９】
このとき、第１のエッチングの選択比が第２のエッチングの選択比より小さくなっている。上記選択比とは、レジストのエッチングレートに対するスタンパ部材のエッチングレートの比のことである。つまり、レジスト４１ａのエッチングレートに対する石英基板４０のエッチングレートの比のことである。
【０１００】
次に、図７（ｈ），図８（ｈ）のレジスト除去工程で、上記ドライエッチング装置にてO_２アッシングにより（２０Ｗ，Ｏ_２流量５０ｓｃｃｍ，２０Ｐａ）残存レジストを除去する。
【０１０１】
最後に、図７（ｉ）の洗浄工程で、石英基板４０ａを洗浄する。この石英基板４０ａがスタンパとなる。
【０１０２】
このようなＲＩＥで形成された微細パターンは、ｈ＝０．４１μm、ｗ_１＝０．７μmで傾斜角度θ=６５°であった。そして、上記微細パターンを有するスタンパを用いてホログラム素子Ｈを２Ｐ法で製造すると、成形バリ発生率は５％以下と良好であった。また、１次回折効率も１８％で低下することもなくて良好であった。
また、上記微細パターンを反応性イオンエッチングで形成するから、一定品質のスタンパを得ることができる。
【０１０３】
また、上記反応性イオンエッチングによる微細パターンの形成は、低コストで量産性に優れている。
【０１０４】
本第１実施形態では、ＣＦ_４の反応性ガスとＯ_２ガスとを混合して第１のエッチングを行ったが、ＣＨＦ_３の反応性ガスとＯ_２ガスとを混合して第１のエッチングを行ってもよい。
【０１０５】
また、ＣＦ_４の反応性イオンガス単体で第２のエッチングを行ったが、ＣＨＦ_３の反応性イオンガス単体で第２のエッチングを行ってもよい。
【０１０６】
（第２参考例）
本発明の第２参考例のスタンパは、上記第１参考例と同様に、微細パターンを表面に有し、微細パターンの溝の側壁がその表面に対して傾斜している。上記微細パターンは、溝の深さｈ=０．４０μm、その溝の側壁によって画成される凸部の頂上の幅ｗ_１=０．７μm、その凸部の底部の幅ｗ_２＝０．９μｍである。また、上記微細パターンにおける溝の側壁の傾斜角θは６５°であった。
【０１０７】
上記スタンパでは、傾斜角θの管理は傾斜角θではなく、上記溝の凸部の頂上の幅ｗ_１と、その凸部の底部の幅ｗ_２とを測定することで管理する。即ち、ｗ_２−ｗ_１の値を０．３×ｈ＜（ｗ_２−ｗ_１）＜ｈ＋０．０５の範囲で管理する。
【０１０８】
また、（ｗ_２−ｗ_１）の下限は６０°であり、（ｗ_２−ｗ_１）の上限は８０°であって、６０°，８０°は種々の傾斜角のスタンパで凸部の頂上および底部の幅を測定し、実験的に求めた値である。
【０１０９】
このようにｗ_１，ｗ_２が管理されたスタンパを用いてホログラム素子Ｈを製造すると、成形バリ発生率は５％以下で良好であった。また、１次回折効率は１８％で問題ない値であった。
【０１１０】
なお、本第２参考例のスタンパは、上記第1実施形態と同様の洗浄、レジスト塗布、プリベーク、露光、現像およびポストベークを行った後、上記第1実施形態と同様のエッチング装置を用いて上記第１実施形態と同様のエッチングを行って形成している。
【０１１１】
（第３参考例）
本発明の第３参考例のスタンパの形成方法は、上記第1実施形態と同様の洗浄、レジスト塗布、プリベーク、露光、現像およびポストベークを行った後、ＲＩＥ工程を行う。このＲＩＥ工程では、上記第1実施形態と同様のエッチング装置、つまりサムコーインターナショナル研究所社製の１０−ＮＲドライエッチング装置を用いて２段階のエッチングを行う。具体的には、第１段階は、入力電力５０Ｗ、到達真空度２０Ｐａで、使用ガスとしてのＯ_２ガスを５０ｓｃｃｍ導入して１分間の第１のエッチングを行う。この第１のエッチングでレジストの微細形状が、矩形から台形もしく微細形状の凸部エッジが丸まるように変化する。そして、いったんエッチングを終了し、第２段では、入射電力８５Ｗ、到達真空度２．７Ｐａで、ＣＦ_４ガスのみ３０ｓｃｃｍを導入して１８分間の第２のエッチングを行い、トータルの深さ４００ｎｍとした。その後、上記第１実施形態と同様に、O_２による残存レジストのアッシング、洗浄を行う。
【０１１２】
このようなＲＩＥで形成された微細パターンの形状は、ｈ=０．３８m、ｗ=０．７０μmで傾斜角度θ=７０°であった。
【０１１３】
また、上記スタンパを用いてホログラム素子を２Ｐ法で製造すると、成形バリ発生率は約５％で良好であった。また、この時の１次回折効率は１８％で問題ない値であった。
【０１１４】
また、上記微細パターンを反応性イオンエッチングで形成するから、一定品質のスタンパを得ることができる。
【０１１５】
また、上記反応性イオンエッチングによる微細パターンの形成は、低コストで量産性に優れている。
【０１１６】
（第４参考例）
本発明の第４参考例のスタンパは、第１の実施例と同様に作製した。このスタンパの微細パターン形状はｈ=０．４０μm、ｗ_１=１．０２μmで傾斜角度θ≒６２°であった。このようなスタンパを用いてホログラム素子を２Ｐ法で製造すると、成形バリ発生率は５％以下で、１次回折効率は１８％で良好であった。
【０１１７】
上記表1の第１比較例として、従来のエッチングによる作製したスタンパを用いて成形した光学素子の成形状況を示す。上記第1実施形態と同様の洗浄、レジスト塗布、プリベーク、露光、現像およびポストベークを行った後、上記第1実施形態で使用したエッチング装置で、入力電力８５W、使用ガスＣＦ_４を８０ｓｃｃｍとO_２ガス２ｓｃｃｍを導入し、４００ｎｍの深さを得るため２５分間のエッチングを行った。そのエッチング後、上記エッチング装置にてO_２アッシング（５０Ｗ、O_２流量５０ｓｃｃｍ）により残存レジストを除去した。このように形成されたスタンパにおける微細パターンの形状はｈ＝０．４μｍ、ｗ＝０．７μmで傾斜角θ≒５５°であった。
【０１１８】
上記第１比較例のスタンパを用いてホログラム素子Ｈを製造すると、成形バリ発生率は５％以下であったが、１次回折効率は１５％と通常より３％あまり低下した。また１次回折効率比も０．９を下回った。
【０１１９】
また、上記表１の第２の比較例として、上記第１実施形態と同様の工程で微細パターンを作製し、エッチング工程において、ＣＦ_４ガス３０ｓｃｃｍのみを導入し、入射電力８５W、到達真空度２．７Ｐａ、２４分エッチングを行った。このように形成されたスタンパにおける微細パターンの形状は、ｈ=０．４０μm、ｗ=０．７５μmで傾斜角θ≒８３°であった。
【０１２０】
上記第２比較例のスタンパを用いてホログラム素子Ｈを製造すると、成形バリ発生率は約２０％であった。第１の実施例と比べると成形バリ発生が多発した。
【０１２１】
【発明の効果】
【０１２２】
【０１２３】
【０１２４】
【０１２５】
本発明のスタンパの製造方法は、上記微細パターンを反応性イオンエッチングで形成するから、一定品質のスタンパを得ることができる。
【０１２６】
また、上記反応性イオンエッチングが、第１のエッチングと、この第１のエッチングの後に行われ、上記第１のエッチングの選択比よりも選択比が大きい第２のエッチングとで行われるから、第１のエッチングの時間を調整することで、所定の傾斜角の溝形状を容易に作製することができる。
【０１２７】
一実施形態のスタンパの製造方法は、第１のエッチングを、ＣＦ_４またはＣＨＦ_３の反応性イオンガスと酸素ガスとを混合して行い、上記第２のエッチングを、ＣＦ_４またはＣＨＦ_３の反応性イオンガス単体で行うから、第１のエッチングの時間を調整することで、所定の傾斜角の溝形状を容易に作製することができる。
【０１２８】
一実施形態のスタンパの製造方法は、酸素を用いてレジストに対して行う第１のエッチングと、ＣＦ_４またはＣＨＦ_３の反応性イオンガスによる第２のエッチングとで微細パターンを形成するから、第１のエッチングの時間を調整することで、所定の傾斜角の溝形状を容易に作製することができる。
【０１２９】
【０１３０】
【０１３１】
【０１３２】
【０１３３】
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は光学素子の一例であるホログラム素子をレーザーユニットに取り付けたホログラムレーザーユニットの全体構造図である。
【図２】図２は、上記ホログラム素子の製造工程、および、ホログラム素子をレーザユニットに固定する工程のフローチャートである。
【図３】図３は、図２中の２Ｐ成形工程で用いる２Ｐ成形装置のブロック図である。
【図４】図４は図３中のダイセットの正面図である。
【図５】図５は本発明の第１参考例のスタンパにおける微細パターンの拡大図である。
【図６】図６は本発明の第１参考例のホログラム素子における微細パターンの拡大図である。
【図７】図７は本発明の一実施形態のスタンパの製造方法のフローチャートである。
【図８】図８は上記実施形態のスタンパの製造方法の工程図である。
【図９】図９は従来のホログラム素子の製造工程図である。
【図１０】図１０は従来の２P成形法によるホログラム素子の製造工程図である。
【図１１】図１１は従来の両面２P成形法によるホログラム素子の製造工程図である。
【図１２】図１２は従来のスタンパの製造工程図である。
【図１３】図１３は従来のスタンパの製造工程断面図である。
【図１４】図１４は従来の２P成形法により発生する成形バリを説明するための図である。
【符号の説明】
１透明基板、
２，３プライマー層
４，５紫外線硬化型樹脂層
１７，１８スタンパ
１００，２００溝
１００ａ，２００ａ側壁
１０１，２０１凸部
Ｈホログラム素子
U レーザユニット、
ＨＬホログラムレーザユニット

Claims

フォトポリマー法に用いるスタンパを製造するスタンパの製造方法であって、
ガラス基板上に所定形状のレジストを形成する工程と、
上記レジストをマスクとして用いて、反応性イオンエッチングを行うことにより、上記ガラス基板の表面に微細パターンを形成する工程と
を備え、
上記反応性イオンエッチングは、
上記ガラス基板の表面に第１の深さの溝を形成する第１のエッチングと、
この第１のエッチングの後に行われ、上記第１のエッチングの選択比よりも選択比が大きくて、上記第１の深さの溝をさらに深くして第２の深さの溝を形成する第２のエッチングと
で行うことを特徴とするスタンパの製造方法。
請求項１におけるスタンパの製造方法において、
上記第１のエッチングは、ＣＦ_４またはＣＨＦ_３の反応性イオンガスと酸素ガスとを混合して行い、
上記第２のエッチングは、ＣＦ_４またはＣＨＦ_３の反応性イオンガス単体で行うことを特徴とするスタンパの製造方法。