JP4457340B2 - Processing method, mold, reproduction method and reproduction apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、処理方法、型、成形方法、成形装置、再生方法、再生装置及び光学素子に関し、特に、フッ素コートを行える処理方法、微細形状を有する型、成形方法、成形装置、再生方法、再生装置及び光学素子に関する。   The present invention relates to a processing method, a mold, a molding method, a molding apparatus, a regeneration method, a regeneration apparatus, and an optical element, and in particular, a treatment method capable of performing fluorine coating, a mold having a fine shape, a molding method, a molding apparatus, a regeneration method, and a regeneration. The present invention relates to an apparatus and an optical element.

近年、急速に発展している光ピックアップ装置の分野では、極めて高精度な対物レンズなどの光学素子が用いられている。プラスチックやガラスなどの素材を、金型を用いてそのような光学素子に成形すると、均一な形状の製品を迅速に製造することができるため、かかる金型成形は、そのような用途の光学素子の大量生産に適しているといえる。   In recent years, optical elements such as objective lenses with extremely high accuracy are used in the field of optical pickup devices that are rapidly developing. When a material such as plastic or glass is molded into such an optical element using a mold, a product having a uniform shape can be quickly produced. It can be said that it is suitable for mass production.

更に、近年の光ピックアップ装置は、より短波長の半導体レーザからの光束を用いて、AOD(Advanced Optical Disc),BD(Blueray Disc)などの記録媒体に対して高密度な情報の記録及び/又は再生を行えるものが開発されており、その光学系の収差特性改善のため、微細構造である回折構造を光学面に設けることが行われている。又、そのような高密度な情報の記録及び/又は再生を行える光ピックアップ装置であっても、従来から大量に供給されたCD、DVDに対しても情報の記録及び/又は再生を確保する必要があり、そのため波長選択性を備えた回折構造を設けることも行われている。   Furthermore, recent optical pickup devices use a light beam from a semiconductor laser with a shorter wavelength to record high-density information on a recording medium such as an AOD (Advanced Optical Disc) or BD (Blueray Disc) and / or What can be reproduced has been developed, and in order to improve aberration characteristics of the optical system, a diffractive structure which is a fine structure is provided on the optical surface. Further, even in an optical pickup device capable of recording and / or reproducing such high-density information, it is necessary to ensure the recording and / or reproducing of information even with respect to CDs and DVDs that have conventionally been supplied in large quantities. For this reason, a diffractive structure having wavelength selectivity is also provided.

ここで、回折構造は、使用する光源波長にもよるが、例えば段差が最小2μm程度の輪帯構造であるため、通常の射出成形において、溶融した樹脂を型内に射出するのみでは、型に形成された微細構造の段差の奥深くに素材が入り込みにくく、そのため微細構造の転写が精度良くなされないという問題がある。転写不良(素材のダレ)により設計通りの回折構造が形成されないと、その回折特性が劣化してしまい、かかる光学素子を用いた光ピックアップ装置において書き込みエラーなどが生じる恐れがある。このため、素材の選定や、溶融した樹脂の温度や圧力を調整するなど、種々の工夫がなされているが、従来の方法では、ダレを完全になくすのは困難である。   Here, although the diffraction structure depends on the wavelength of the light source to be used, for example, since the step is a ring zone structure having a minimum level of about 2 μm, in ordinary injection molding, the molten resin is simply injected into the mold. There is a problem that the material is difficult to enter deep in the depth of the formed fine structure, so that the fine structure is not accurately transferred. If the designed diffractive structure is not formed due to transfer defects (sagging of the material), the diffraction characteristics deteriorate, and there is a possibility that a write error or the like occurs in the optical pickup device using such an optical element. For this reason, various ideas such as selection of materials and adjustment of the temperature and pressure of the molten resin have been made. However, it is difficult to completely eliminate sagging with conventional methods.

一方、以下の特許文献1には、加熱軟化状態にあるガラス素材をプレスすることによって、表面に微細パターンを有する光学素子を成形する方法が開示されている。
特開2002−220241号公報
On the other hand, Patent Document 1 below discloses a method of molding an optical element having a fine pattern on the surface by pressing a glass material in a heat-softened state.
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-220241

ところが、特許文献1に記載の技術では、ガラス素材の表面に、幅約100〜50μm、高さが約20〜10μmという、アスペクト比が0.2程度の微細形状を成形するのが限界である。これは、無機ガラスの常温での弾性率が70GPa程度と高いため、その表面に3000Nという非常に大きな力で加熱した型を押しつけても、微細構造の奥にガラス素材がスムーズに流れ込まず、その結果アスペクト比が0.2程度の微細形状しか成形できなかったのである。従って、例えばアスペクト比が1以上という微細形状を有する成形物は、試作品としては存在するかもしれないが、形状の揃った工業製品としては未だ存在していないといえる。   However, the technique described in Patent Document 1 is limited to molding a fine shape having a width of about 100 to 50 μm and a height of about 20 to 10 μm with an aspect ratio of about 0.2 on the surface of the glass material. . This is because the elastic modulus of inorganic glass at room temperature is as high as about 70 GPa, so even if a mold heated with a very large force of 3000 N is pressed on its surface, the glass material does not flow smoothly into the back of the microstructure, As a result, only a fine shape having an aspect ratio of about 0.2 could be formed. Therefore, for example, a molded product having a fine shape with an aspect ratio of 1 or more may exist as a prototype, but it does not yet exist as an industrial product with a uniform shape.

加えて、近年、使用する光源の波長の数倍からそれよりも小さな微細構造を光学面に施して、新たな光学的機能を光学素子に付加することが試みられている。例えば、成形レンズの屈折による通常の集光機能とその時に副作用として発生する正の分散を、その非球面光学面の表面に回折溝を施すことで得られる回折による大きな負の分散を利用してうち消し、本来、屈折だけでは不可能な色消し機能を単玉光学素子に付加することが、DVD/CD互換の光ディスク用ピックアップ対物レンズで実用化されている。これは、光学素子を透過する光の波長の数10倍の大きさの回折溝による回折作用を利用したもので、このように波長より十分大きな構造による回折作用を扱う領域は、スカラー領域と呼ばれている。   In addition, in recent years, an attempt has been made to add a new optical function to an optical element by applying a fine structure smaller than several times the wavelength of a light source to be used to the optical surface. For example, the normal focusing function due to refraction of a molded lens and the positive dispersion that occurs as a side effect at that time are utilized by utilizing the large negative dispersion due to diffraction obtained by forming a diffraction groove on the surface of the aspheric optical surface. Of these, it has been put to practical use with a pickup objective lens for an optical disk compatible with DVD / CD to add an achromatic function, which is essentially impossible with refraction alone, to a single optical element. This utilizes the diffractive action of a diffraction groove having a size several tens of times the wavelength of light transmitted through the optical element, and the region that handles the diffractive action by a structure sufficiently larger than the wavelength is called a scalar region. It is.

一方、光学素子を透過する光の波長の数分の一という微細な間隔で、円錐形状の突起を光学面の表面に密集させて形成させることで、光の反射抑制機能を発揮できることが判っている。即ち、光波が光学素子に入射する際の空気との境界面での屈折率変化を、従来の光学素子のように1から媒体屈折率まで瞬間的に変化させるのではなく、微細な間隔で並んだ突起の円錐形状によって緩やかに変化させ、それにより光の反射を抑制することができるのである。このような突起を形成した光学面は、いわゆる蛾の眼(moth eye)と呼ばれる微細構造で、光の波長よりも微細な構造体が波長よりも短い周期で並ぶことにより、もはや個々の構造が回折せずに光波に対して平均的な屈折率として働くものである。このような領域を等価屈折率領域と一般に呼んでいる。このような等価屈折率領域に関しては、例えば電子情報通信学会論文誌C Vol.J83−C No.3pp.173−181 2000年3月に述べられている。   On the other hand, it has been found that the light reflection suppressing function can be exhibited by forming the conical projections densely on the surface of the optical surface at a minute interval of a fraction of the wavelength of the light transmitted through the optical element. Yes. That is, the refractive index change at the interface with the air when the light wave enters the optical element is not instantaneously changed from 1 to the medium refractive index as in the conventional optical element, but is arranged at a fine interval. By changing the shape of the protrusions gradually, the reflection of light can be suppressed. The optical surface on which such protrusions are formed has a fine structure called a so-called “eyes”, and individual structures can no longer be obtained by arranging structures finer than the wavelength of light with a period shorter than the wavelength. It works as an average refractive index for light waves without being diffracted. Such a region is generally called an equivalent refractive index region. Regarding such an equivalent refractive index region, see, for example, IEICE Transactions C Vol. J83-C No. 3pp. 173-181, described in March 2000.

等価屈折率領域の微細構造によれば、従来の反射防止コートに比べて反射防止効果の角度依存性や波長依存性を少なくしながら大きな反射防止効果を得られるが、プラスチック成形等によれば、光学面と微細構造を同時に創成できることから、レンズ機能と反射防止機能が同時に得られて、従来のように成形後に反射防止コート処理をするといった後加工が不要となる等の生産上のメリットも大きいと考えられ注目されている。さらに、このような等価屈折率領域の微細構造を光学面に対して方向性を持つように配すると、強い光学異方性を光学面に持たせることもでき、従来、水晶などの結晶を削りだして製作していた複屈折光学素子を成形によって得ることができ、また、屈折や反射光学素子と組み合わせて新たな光学的機能を付加することができる。この場合の光学異方性は、構造性複屈折と呼ばれている。   According to the microstructure of the equivalent refractive index region, it is possible to obtain a large antireflection effect while reducing the angle dependency and wavelength dependency of the antireflection effect as compared with the conventional antireflection coating, but according to plastic molding or the like, Since the optical surface and fine structure can be created at the same time, the lens function and the antireflection function can be obtained at the same time, and there is also a great merit in production such that post-processing such as antireflection coating treatment after molding is unnecessary as in the past. It is considered and is attracting attention. Furthermore, if such a fine structure of the equivalent refractive index region is arranged so as to have directionality with respect to the optical surface, it is possible to give the optical surface strong optical anisotropy. Thus, the birefringent optical element produced can be obtained by molding, and a new optical function can be added in combination with a refractive or reflective optical element. The optical anisotropy in this case is called structural birefringence.

上述したスカラー領域と等価屈折率領域の間には、回折効率が入射条件のわずかな違いにより急激に変化する共鳴領域がある。例えば、回折輪帯の溝幅を狭くしていくと、波長の数倍程度で急激に回折効率が減少し、また増加するという現象(アノマリー)が発生する。この領域の性質を利用して、特定の波長のみを反射する導波モード共鳴格子フィルターを微細構造で実現して、通常の干渉フィルターと同等の効果をより角度依存性を少なくして実現できる。   Between the above-described scalar region and equivalent refractive index region, there is a resonance region in which the diffraction efficiency changes rapidly due to a slight difference in incident conditions. For example, when the groove width of the diffraction ring zone is narrowed, a phenomenon (anomaly) occurs in which the diffraction efficiency rapidly decreases and increases by several times the wavelength. By utilizing the characteristics of this region, a waveguide mode resonance grating filter that reflects only a specific wavelength can be realized with a fine structure, and the same effect as a normal interference filter can be realized with less angular dependence.

ところで、スカラー領域や、等価屈折率領域や、共鳴領或を利用して光学素子を形成しようとする場合、その光学面に微細な突起(又はくぼみ)を形成する必要がある。このような微細な突起(又はくぼみ)を備えた光学素子を大量生産するには、一般的には樹脂を素材として成形を行うことが適しているといえるが、かかる場合、微細な突起(又はくぼみ)に対応したくぼみ(又は突起)を備えた光学面転写面をどのようにして形成するかが問題となる。   By the way, when an optical element is formed using a scalar region, an equivalent refractive index region, a resonance region, or the like, it is necessary to form fine protrusions (or depressions) on the optical surface. In order to mass-produce optical elements having such fine protrusions (or dents), it can be said that it is generally suitable to perform molding using a resin as a raw material. The problem is how to form an optical surface transfer surface having a depression (or protrusion) corresponding to the depression.

すなわち、上述したような等価屈折領域や共鳴領域の突起(又はくぼみ)に関しては、数十乃至数百ナノメートルの間隔で突起(又はくぼみ)を光学素子の光学面に形成しなくてはならないが、従来の射出成形では、それに対応した型の微細形状の奥底まで樹脂が行き届かず、微細形状を精度良く転写することは極めて困難である。   That is, for the projections (or depressions) in the equivalent refractive region and the resonance region as described above, the projections (or depressions) must be formed on the optical surface of the optical element at intervals of several tens to several hundreds of nanometers. In conventional injection molding, the resin does not reach the depth of the fine shape of the mold corresponding to it, and it is extremely difficult to accurately transfer the fine shape.

これに対し、微細形状を有する型の温度を、例えば常温での弾性率が1〜4(GPa)である素材のガラス転移点温度より高く設定し、かかる型を樹脂素材に向かって押圧することで、その微細形状を樹脂素材に転写し、それにより微細形状が高アスペクト比を有していても精度良い転写成形が可能な技術が、本発明者らによって研究されている。しかるに、上述した技術により微細形状の転写が可能であっても、離型する際に素材と型とが張り付きやすく成形が困難という問題がある。   On the other hand, the temperature of the mold having a fine shape is set higher than the glass transition temperature of a material having an elastic modulus of 1 to 4 (GPa) at room temperature, for example, and the mold is pressed toward the resin material. Therefore, the present inventors have studied a technique capable of transferring the fine shape to a resin material and thereby enabling accurate transfer molding even if the fine shape has a high aspect ratio. However, even if transfer of a fine shape is possible by the above-described technique, there is a problem that the material and the mold are easily stuck when being released, and molding is difficult.

本発明は、かかる従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、より容易に且つ低コストで、撥水処理を施せる処理方法、撥水処理を施した型、その再生方法、再生装置、成形方法、成形装置並びに光学素子を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and can be applied to a water repellent treatment method, a water repellent treatment mold, a regeneration method thereof, a regeneration device, and a molding, which can be performed easily and at low cost. It is an object to provide a method, a molding apparatus, and an optical element.

前記第1の本発明の処理方法は、樹脂材料表面に押し当てることで成形するシリコンからなる型の処理方法において、その型表面に酸素ガスを含むフッ素系ガス中におけるプラズマを利用してフッ素原子を固定した後に、前記型を水蒸気に曝す処理を行うので、前記型の表面に均一なフッ素コートを施せる。 The processing method of the first aspect of the present invention is a processing method of a mold made of silicon that is molded by being pressed against the surface of a resin material, and uses fluorine in a fluorine-based gas containing oxygen gas on the surface of the mold. After fixing the mold, the mold is exposed to water vapor so that the surface of the mold can be uniformly coated with fluorine.

前記成形の前に、前記型の表面を洗浄すると好ましい。   It is preferable to clean the surface of the mold before the molding.

前記成形の前に、ドライエッチング装置を用いて前記型の表面形状を創成すると好ましい。かかる場合、フッ素ガスを用いてドライエッチング処理を行うことで、微細形状の形成と同時にフッ素コートを行えるので好都合である。   It is preferable to create a surface shape of the mold using a dry etching apparatus before the molding. In such a case, it is convenient to perform a fluorine coating simultaneously with the formation of a fine shape by performing a dry etching process using a fluorine gas.

樹脂材料表面に押し当てることで成形するシリコンからなる型は、上述の処理方法により処理されていると好ましい。 The mold made of silicon that is molded by pressing against the surface of the resin material is preferably treated by the above-described treatment method.

樹脂材料表面に押し当てることで成形するシリコンからなる型は、上述の処理方法により処理されてなり、前記型の表面形状のアスペクト比が1以上である形状を有すると好ましい。 The mold made of silicon to be molded by pressing against the surface of the resin material is preferably processed by the above-described processing method and has a shape in which the aspect ratio of the surface shape of the mold is 1 or more.

本発明者らは、本発明に先立ち、従来と全く異なる視点から微細形状を有する成形物を成形できる新規な方法を創案した。例えば常温での弾性率が1〜4(GPa)であるような樹脂素材の場合、微細形状を有する型を加熱して、その型表面に押しつけると、押しつけた表面が溶融して微細形状に倣い、その結果、アスペクト比が1以上であっても精密に型の微細形状を転写した成形物を得られることを見出したのである。かかる場合、特許文献1に記載されているように3000Nもの型押圧力は不要であり、従来の射出成形機を改良するだけで足り、製造設備が低コスト化され、また短時間で大量な成形物を製造することが可能となる。   Prior to the present invention, the present inventors have devised a novel method capable of forming a molded product having a fine shape from a completely different viewpoint. For example, in the case of a resin material having an elastic modulus of 1 to 4 (GPa) at room temperature, when a mold having a fine shape is heated and pressed against the mold surface, the pressed surface melts to follow the fine shape. As a result, it has been found that even if the aspect ratio is 1 or more, it is possible to obtain a molded product accurately transferring the fine shape of the mold. In such a case, as described in Patent Document 1, a pressing force of 3000 N is unnecessary, it is sufficient to improve the conventional injection molding machine, the manufacturing equipment is reduced in cost, and a large amount of molding is performed in a short time. It becomes possible to manufacture a thing.

ところが、このような成形技術において、押圧した型と素材とが張り付くという問題が生じた。これに対し、型にフッ素コートすれば樹脂素材との離型性を向上させることができる。しかしながら、微細形状を有する型をフッ素系溶液中に浸漬したり、その溶液をスプレーで塗布しても、サブミクロンオーダーの微細形状の奥底までフッ素コートすることは困難であり、十分な離型性を得ることができず、また後工程の浸漬やスプレーにより、精度良く形成された微細形状を損なう恐れもあった。   However, such a molding technique has a problem that the pressed mold and the material stick to each other. On the other hand, if the mold is coated with fluorine, the releasability from the resin material can be improved. However, even if a mold with a fine shape is immersed in a fluorine-based solution or sprayed with the solution, it is difficult to coat with fluorine up to the depth of a submicron-order fine shape, and sufficient mold release properties In addition, there is a risk that the fine shape formed with high accuracy may be damaged by dipping or spraying in the subsequent process.

そこで本発明者らは、鋭意研究の結果、フッ素系ガスの雰囲気中でドライエッチングを行えば、微細形状の加工と同時に、微細形状の表面に、その形状に関わらずフッ素コートを均一に行うことができ、それにより樹脂素材に対する離型性を向上させることができることを発見したのである。尚、本明細書中において、「フッ素コート」とは、フッ素分子を含む物質を表面に固定することをいい、例えば「フッ素コートされた型」とは、フッ素分子を含む物質を表面に固定された型をいうものとする。   Therefore, as a result of diligent research, the inventors of the present invention can perform fluorine coating uniformly on the surface of a fine shape at the same time as fine shape processing if dry etching is performed in an atmosphere of a fluorine-based gas. It was discovered that it was possible to improve the releasability of the resin material. In this specification, “fluorine coat” means that a substance containing fluorine molecules is fixed on the surface. For example, “a type coated with fluorine” means that a substance containing fluorine molecules is fixed on the surface. It shall be a type.

ちなみに、常温での弾性率が1〜4(GPa)であるような素材とは、例えばPMMA(弾性率1.5〜3.3GPa)、ポリカーボネイト(弾性率3.1GPa)、ポリオレフィン(弾性率2.5〜3.1GPa)などの弾性率が1〜4の範囲の樹脂を組成成分として含有することが好ましい。ここで、常温とは25℃のことをいう。これらの樹脂は、ガラス転移点が50〜160℃であることが好ましい。弾性率は、JIS−K7161、7162などに従い求めることができる。ガラス転移点温度は、JIS R3102−3:2001に従い求めることができる。   Incidentally, materials having an elastic modulus of 1 to 4 (GPa) at room temperature include, for example, PMMA (elastic modulus of 1.5 to 3.3 GPa), polycarbonate (elastic modulus of 3.1 GPa), polyolefin (elastic modulus of 2). It is preferable to contain, as a composition component, a resin having an elastic modulus in the range of 1 to 4 such as .5 to 3.1 GPa). Here, room temperature means 25 ° C. These resins preferably have a glass transition point of 50 to 160 ° C. The elastic modulus can be obtained according to JIS-K7161, 7162, and the like. The glass transition temperature can be determined according to JIS R3102-3: 2001.

従来の射出成形においては、回折構造に対応した型の微細構造の奥まで樹脂が入り込みにくいことから、それにより得られる光学素子の回折構造は、その光軸方向断面における角部がダレてその曲率半径が1μmを大きく超えており、光透過率が悪化する恐れがある。これに対し、本発明の光学素子では、前記回折構造の光軸方向断面における角部の曲率半径が1μm未満となり、より高い光透過率を得ることができる。尚、このような成形物や光学素子は、以下の成形方法又は成形装置により得ることができる。   In conventional injection molding, since it is difficult for the resin to penetrate deep into the microstructure of the mold corresponding to the diffractive structure, the resulting diffractive structure of the optical element has a sagging corner in the cross section in the optical axis direction and its curvature. The radius greatly exceeds 1 μm, and the light transmittance may be deteriorated. On the other hand, in the optical element of the present invention, the radius of curvature of the corner in the cross section in the optical axis direction of the diffractive structure is less than 1 μm, and higher light transmittance can be obtained. Such a molded product or optical element can be obtained by the following molding method or molding apparatus.

「アスペクト比」とは、図1(a)、(b)に示すように、微細構造の凹部又は凸部の幅をA、深さ又は高さをBとしたときに、B/Aで表される値をいう。「微細形状」とは、Aの値が10μm以下の形状をいう。成形後の厚みとは、型を押し当てる方向に対しての成形物の厚みをいい、例えば図4に示すTの値である。この成形後の厚みは、0.1〜20mmであり、好ましくは1〜5mmである。   As shown in FIGS. 1A and 1B, the “aspect ratio” is represented by B / A, where A is the width of the concave or convex portion of the microstructure and B is the depth or height. Value. “Fine shape” means a shape having a value of A of 10 μm or less. The thickness after molding refers to the thickness of the molded product in the direction in which the mold is pressed, and is, for example, the value of T shown in FIG. The thickness after this molding is 0.1 to 20 mm, preferably 1 to 5 mm.

の本発明の再生方法は、微細形状の奥までフッ素コートがなされた微細形状が形成された型を用いて樹脂素材を成形した後に、前記型を再生する再生方法であって、前記型を洗浄するステップと、前記型を、酸素ガスからなる第1の雰囲気に配置し、前記第1の雰囲気中でプラズマを生成するステップと、前記型を、フッ素系ガス及び酸素ガスからなる第2の雰囲気に配置し、前記第2の雰囲気中でプラズマを生成するステップと、を有することを特徴とする。 The regeneration method according to the second aspect of the present invention is a regeneration method for regenerating the mold after molding a resin material using a mold in which a fine shape having a fluorine coating to the back of the fine shape is formed. Cleaning the substrate, placing the mold in a first atmosphere made of oxygen gas, generating plasma in the first atmosphere, and forming the mold in a second atmosphere made of fluorine-based gas and oxygen gas And the step of generating plasma in the second atmosphere.

更に、前記型はシリコンで形成されていて、前記第2の雰囲気中でプラズマを生成した後、プラズマに曝された前記処理対象物の表面を水蒸気に曝すステップを有することを特徴とする。 Further, the mold is formed of silicon, and has a step of exposing the surface of the processing object exposed to the plasma to water vapor after generating the plasma in the second atmosphere.

図12は、本発明の概念を説明するための図である。図12(a)において、上述したドライエッチング処理などによって、奥までフッ素コートがなされた微細形状が形成された型Mを用いて樹脂素材Rを成形する。かかる成形は、通常の射出成形でもよいが、後述するように型Mを加熱して押圧すれば、型Mの微細形状を精度良く樹脂素材Mに転写できる。   FIG. 12 is a diagram for explaining the concept of the present invention. In FIG. 12A, the resin material R is molded using a mold M in which a fine shape having a fluorine coating is formed deeply by the above-described dry etching process or the like. Such molding may be normal injection molding, but if the mold M is heated and pressed as described later, the fine shape of the mold M can be transferred to the resin material M with high accuracy.

しかるに、型Mは微細形状を有するため、成形後に樹脂素材のカスなどが微細形状に詰まって残る恐れがある。そこで、図12(b)に示すように、型Mを酸素ガスプラズマ槽へと搬送し、その表面を酸素ガスの(第1の)雰囲気中で生成したプラズマに曝す(洗浄するステップ)。それにより微細形状に詰まった樹脂素材を除去することができる。   However, since the mold M has a fine shape, there is a possibility that the residue of the resin material will remain clogged after forming. Therefore, as shown in FIG. 12B, the mold M is transported to an oxygen gas plasma tank, and the surface thereof is exposed (cleaned) to plasma generated in a (first) atmosphere of oxygen gas. Thereby, the resin material clogged with a fine shape can be removed.

続いて、図12(c)に示すように、型Mをフッ素ガス+酸素ガスプラズマ槽へと搬送し、その表面をフッ素ガスと酸素ガスの(第2の)雰囲気中で生成したプラズマに曝す。それにより微細形状の奥までフッ素コートを施し、型Mの離型性を確保できる。   Subsequently, as shown in FIG. 12C, the mold M is transferred to a fluorine gas + oxygen gas plasma tank, and the surface thereof is exposed to plasma generated in a (second) atmosphere of fluorine gas and oxygen gas. . Thereby, the fluorine coating is applied to the back of the fine shape, and the mold releasability of the mold M can be secured.

更に、図12(d)に示すように、型Mを加水槽へと搬送し、その表面を水蒸気に曝すことで、短時間で高い撥水性を確保できる。具体的には、型Mを包有する加水槽内を減圧し、槽内で水を気化させる方法や、型Mを水と共にホットプレート上で加熱し水蒸気に曝す方法などがある。このようにして、再生(樹脂を除去してフッ素コートし直すこと)された型Mは、図12(a)に示すように、再び成形に用いられる。   Furthermore, as shown in FIG. 12 (d), high water repellency can be secured in a short time by conveying the mold M to the water tank and exposing the surface to water vapor. Specifically, there are a method in which the inside of the water tank containing the mold M is depressurized and water is vaporized in the tank, and a method in which the mold M is heated with water on a hot plate and exposed to water vapor. The mold M thus regenerated (removing the resin and recoating with fluorine) is used again for molding as shown in FIG.

の本発明の再生装置は、微細形状の奥までフッ素コートがなされた微細形状が形成された一方向に回転する型を用いて樹脂素材を成形した後に、前記型を再生する再生装置であって、前記型を洗浄する装置と、第1の回転位置で、前記型の表面を酸素ガスからなる第1の雰囲気に曝し、前記第1の雰囲気中でプラズマを生成するアッシング装置と、前記第1の回転位置より回転方向後よりの第2の回転位置で、前記型の表面をフッ素系ガス及び酸素ガスからなる第2の雰囲気に配置し、前記第2の雰囲気中でプラズマを生成するコート装置と、を有することを特徴とする。 A reproducing apparatus according to a third aspect of the present invention is a reproducing apparatus that regenerates the mold after molding a resin material using a mold rotating in one direction in which a fine shape formed with a fluorine coating to the back of the fine shape is formed. An apparatus for cleaning the mold, an ashing apparatus for exposing the surface of the mold to a first atmosphere made of oxygen gas at a first rotational position, and generating plasma in the first atmosphere; The surface of the mold is disposed in a second atmosphere composed of a fluorine-based gas and an oxygen gas at a second rotational position after the rotational direction from the first rotational position, and plasma is generated in the second atmosphere. And a coating apparatus.

更に、前記型はシリコンで形成されていて、前記第2の回転位置より回転方向後よりの第3の回転位置で、前記型の表面を水蒸気に曝す加水装置を有することを特徴とする。
Further, the mold is formed of silicon, and has a water adding device that exposes the surface of the mold to water vapor at a third rotational position after the second rotational position and in a rotational direction.

図13は、本発明の概念を説明するための図である。図13において、外周面に、上述したドライエッチング処理により奥までフッ素コートがなされた微細形状を形成した円筒状の型Mは、対向ローラRLとの間に薄い板状の樹脂素材Rを挟持している。樹脂素材Rは、左方のロールから巻き出され、回転する型Mと対向ローラRLとの間を通過する際に、型Mの微細形状が連続的に転写され、更に右方でロール状に巻き取られるようになっている。   FIG. 13 is a diagram for explaining the concept of the present invention. In FIG. 13, a cylindrical mold M in which a fine shape is formed on the outer peripheral surface by fluorine coating to the back by the dry etching process described above, and a thin plate-shaped resin material R is sandwiched between the opposing rollers RL. ing. The resin material R is unwound from the left roll, and when passing between the rotating mold M and the counter roller RL, the fine shape of the mold M is continuously transferred, and further rolled to the right. It is designed to be wound up.

型Mの外周面は微細形状を有するため、成形後に樹脂素材のカスなどが微細形状に詰まって残る恐れがある。そこで、図に示すように、型Mの成形が終わった外周面は、まず第1の位置にあるアッシング装置(洗浄する装置)へ回転移動し、酸素ガスの(第1の)雰囲気中で生成したプラズマに曝されるようになっている。それにより微細形状に詰まった樹脂素材を除去することができる。   Since the outer peripheral surface of the mold M has a fine shape, there is a possibility that the residue of the resin material will remain clogged after forming. Therefore, as shown in the figure, the outer peripheral surface after the molding of the mold M is first rotationally moved to the ashing device (cleaning device) in the first position, and is generated in the (first) atmosphere of oxygen gas. Exposed to plasma. Thereby, the resin material clogged with a fine shape can be removed.

続いて、アッシング装置を通過した型Mの外周面は、第2の位置にあるコート装置へと回転移動し、フッ素ガスと酸素ガスの(第2の)雰囲気中で生成したプラズマに曝されるようになっている。それにより微細形状の奥までフッ素コートを施し、型Mの離型性を確保できる。   Subsequently, the outer peripheral surface of the mold M that has passed through the ashing device rotates and moves to the coating device at the second position, and is exposed to the plasma generated in the (second) atmosphere of fluorine gas and oxygen gas. It is like that. Thereby, the fluorine coating is applied to the back of the fine shape, and the mold releasability of the mold M can be secured.

更に、コート装置を通過した型Mの外周面は、第3の位置にある加水装置へと回転移動し、水蒸気に曝されることで、表面処理が行われるようになっている。このようにして、再生された型Mの外周面は、回転移動により再び対向ローラRLに対向する位置へと移動し、新たな樹脂素材Rを成形できるようになっているため、成形と再生とを連続的に行うことが可能となる。   Further, the outer peripheral surface of the mold M that has passed through the coating apparatus is rotationally moved to the water adding apparatus at the third position, and is subjected to surface treatment by being exposed to water vapor. In this way, the outer peripheral surface of the regenerated mold M is moved to the position facing the opposing roller RL again by rotational movement, and a new resin material R can be molded. Can be performed continuously.

本発明によれば、より容易に且つ低コストで、高アスペクト比又は角Rの小さい微細構造を有する成形物を成形できる型、成形方法、成形装置並びに光学素子を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the type | mold, the shaping | molding method, a shaping | molding apparatus, and an optical element which can shape | mold the molding which has a microstructure with a small high aspect ratio or small angle R more easily and low-cost can be provided.

以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照して説明する。図2は、本実施の形態にかかる型の製造方法を示すフローチャート図である。図3は、図2に示す主要な工程において、処理される型の素材を示す断面図である。尚、本実施の形態により製作される型には、その転写光学面に、光学素子の回折輪帯に対応した微細形状が形成されるものとする。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 2 is a flowchart showing the mold manufacturing method according to the present embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a mold material to be processed in the main steps shown in FIG. In the mold manufactured according to the present embodiment, a fine shape corresponding to the diffraction zone of the optical element is formed on the transfer optical surface.

まず、図1のステップS101で、SiO又はポリシリコン製の略半球型の形状を有する型の素材10の表面に粗加工を施す。その後、ステップS102で、詳細は後述する施盤(ここでは超精密旋盤(SPDT加工機)を含む)のチャックに型の素材10を取り付ける。更に、ステップS103で、型の素材10を回転させなから、ダイヤモンド工具により、その上面を図3(a)に示すように切削加工し転写光学面(成形しようとする光学素子の光学曲面に対応する)10aを形成し、且つ外周近傍の上面に周溝11a(第1のマーク)を切削加工し、更に外周面10fを切削加工する。このとき、転写光学面10aの光軸の位置は、その外形から確認することはできないが、同時に加工されることから転写光学面10aと周溝11aとは、精度良く同軸に形成されることとなり、又、円筒面に形成された電極部材11の外周面10fも、光軸と精度良く同軸に形成される。即ち、外周面10fは回転軸を有し、それは転写光学面の光軸に一致することとなる。 First, in step S101 of FIG. 1, rough processing is performed on the surface of a mold material 10 having a substantially hemispherical shape made of SiO 2 or polysilicon. After that, in step S102, the mold material 10 is attached to the chuck of a lathe, which will be described in detail later (including an ultra-precision lathe (SPDT machine) here). Further, in step S103, since the mold material 10 is not rotated, the upper surface thereof is cut with a diamond tool as shown in FIG. 3A to correspond to the transfer optical surface (the optical curved surface of the optical element to be molded). 10a), the peripheral groove 11a (first mark) is cut on the upper surface near the outer periphery, and the outer peripheral surface 10f is further cut. At this time, the position of the optical axis of the transfer optical surface 10a cannot be confirmed from its outer shape, but since it is processed at the same time, the transfer optical surface 10a and the circumferential groove 11a are formed coaxially with high accuracy. The outer peripheral surface 10f of the electrode member 11 formed on the cylindrical surface is also formed coaxially with the optical axis with high accuracy. That is, the outer peripheral surface 10f has a rotation axis, which coincides with the optical axis of the transfer optical surface.

ここで、周溝11aは、例えば、暗視野部(凹部に相当)と明視野部(凸部に相当)とからなる複数の溝から形成されてよく、暗視野部、明視野部を各々複数個有するとさらに好ましい(これはダイヤモンド工具の先端が凹凸を有するものであれば容易に形成できる)。また、周溝11aの凹凸形状により、後述するごとく塗布されるレジスト飛散防止の堤防としても機能させることができる。   Here, the circumferential groove 11a may be formed of, for example, a plurality of grooves including a dark field portion (corresponding to a concave portion) and a bright field portion (corresponding to a convex portion). It is more preferable to have one (this can be easily formed if the tip of the diamond tool has irregularities). Further, the uneven shape of the circumferential groove 11a can function as a dike for preventing resist scattering applied as will be described later.

更に、ステップS104で、型の素材10を超精密旋盤から取り外し、ステップS105で、後述するFIB(Focused Ion Beam)加工機のステージ上にセットする。続くステップS106で、FIB加工機のステージ上の型の素材10における周溝11aを読み取り、例えばその内側エッジから型の素材10の光軸の位置を決定し、ステップS107で、決定した光軸から等距離で3つ(4つ以上でも良い)の第2のマーク11bを、型の素材10上に描画する(図3(b)参照)。ダイヤモンド工具により加工形成した周溝11aの幅は比較的広いため、これを用いて加工の基準とすることは、加工精度を低下させる恐れがあるが、FIB加工機は、幅が20nmの線を形成できるため、例えば十字線を形成すると、20nm×20nmの微細なマークを形成することができ、それを加工の基準とすることで、より高精度な加工が期待できる。   Further, in step S104, the mold material 10 is removed from the ultra-precision lathe, and in step S105, it is set on a stage of a FIB (Focused Ion Beam) processing machine to be described later. In subsequent step S106, the circumferential groove 11a in the mold material 10 on the stage of the FIB processing machine is read, for example, the position of the optical axis of the mold material 10 is determined from its inner edge, and in step S107, the determined optical axis is determined. Three (or four or more) second marks 11b at equal distances are drawn on the mold material 10 (see FIG. 3B). Since the circumferential groove 11a formed by processing with a diamond tool is relatively wide, using this as a reference for processing may reduce processing accuracy. However, the FIB processing machine uses a line with a width of 20 nm. For example, if a crosshair is formed, a fine mark of 20 nm × 20 nm can be formed. By using the mark as a processing reference, higher-precision processing can be expected.

ステップS108で、型の素材10をFIB加工機のステージから取り外し、ステップS109で、第2のマーク11b上に保護テープ13を貼り付ける(図3(b)参照)。この保護テープ13は、後加工で母型の素材10上に塗布されるレジストLが、第2のマーク11bに付着しないようにするためのものである。レジストLが第2のマーク11bに付着すると、加工の基準として読み取りが不適切になる恐れがある。   In step S108, the mold material 10 is removed from the stage of the FIB processing machine, and in step S109, the protective tape 13 is pasted on the second mark 11b (see FIG. 3B). This protective tape 13 is for preventing the resist L applied on the base material 10 in the post-processing from adhering to the second mark 11b. If the resist L adheres to the second mark 11b, reading may be inappropriate as a processing reference.

更に、ステップS110で、型の素材10を不図示のスピンコータにセットし、ステップS111で、レジストLを型の素材10上に流下させながらプレスピンを実施し、その後ステップS112で本スピンを実施し、レジストLの被膜を行う(図3(b)参照)。プレスピンと本スピンとを分けたのは、複雑な曲面である転写光学面10aに、均一な膜厚のレジストLを被膜させるためである。   Further, in step S110, the mold material 10 is set on a spin coater (not shown), and in step S111, a press pin is performed while the resist L is allowed to flow onto the mold material 10, and then this spin is performed in step S112. Then, a resist L film is formed (see FIG. 3B). The reason why the press pin and the main spin are separated is that the transfer optical surface 10a, which is a complicated curved surface, is coated with a resist L having a uniform film thickness.

その後、ステップS113で、型の素材10をスピンコータから取り外し、ステップS114で、ベーキングを行ってレジストLの被膜を安定させ、ステップS115で保護テープ13を剥がす。   Thereafter, in step S113, the mold material 10 is removed from the spin coater, and in step S114, baking is performed to stabilize the coating of the resist L. In step S115, the protective tape 13 is peeled off.

続いて、ステップS116で、型の素材10を不図示の形状測定器(画像認識手段と記憶手段とを有する)にセットし、ステップS117で、形状測定器の画像認識手段を用いて、第2のマーク11bを検出する。更に、ステップS118で、超精密旋盤に用いた型の素材10の転写光学面10aの3次元座標を、第2のマーク11bに基づく3次元座標に変換して、これを記憶手段に記憶する。このように、転写光学面10aを新たな3次元座標で記憶し直すのは、後工程で電子ビーム描画を行う際に、転写光学面10aの被加工面に対して、狭い電子ビームの焦点深度を合わせるために、電子銃と型の素材10との相対位置を調整する必要があるからである。尚、第2のマーク11bは、測定の際、測定データにかかる座標の基準点がどこなのかを作業者が視認するための位置認識マークとして利用できる。その後、ステップS119で型の素材10を形状測定器から取り外す。   Subsequently, in step S116, the mold material 10 is set in a shape measuring device (not shown) (having an image recognition means and a storage means), and in step S117, the second shape is measured using the image recognition means of the shape measuring device. The mark 11b is detected. Further, in step S118, the three-dimensional coordinates of the transfer optical surface 10a of the mold material 10 used in the ultra-precision lathe are converted into three-dimensional coordinates based on the second mark 11b and stored in the storage means. In this way, the transfer optical surface 10a is re-stored in the new three-dimensional coordinates because the focal depth of the narrow electron beam with respect to the processing surface of the transfer optical surface 10a when performing electron beam drawing in a later process. This is because it is necessary to adjust the relative position between the electron gun and the mold material 10 in order to match the two. Note that the second mark 11b can be used as a position recognition mark for an operator to visually recognize the reference point of coordinates related to measurement data during measurement. Thereafter, in step S119, the mold material 10 is removed from the shape measuring instrument.

ステップS120で、型の素材10を、後述する電子ビーム描画装置の3次元ステージにセットし、ステップS121で、読取手段(走査型電子顕微鏡:電子ビーム描画装置に付属していると好ましい)を介して型の素材10の第2のマーク11bを検出し、それと記憶されている転写光学面10aの3次元座標とから、転写光学面10aの被加工面の形状を求め、ステップS122で、求めた被加工面の形状に対して電子ビームの焦点が合うように、3次元ステージを移動させ、電子ビームB(図3(b)参照)を照射し、所定の処理として所望の輪帯形状を描画する。描画後、ステップS123で、3次元ステージより型の素材10を取り外し、ステップS124で現像処理を行って、輪帯形状のレジストを得る。ここで、同一点における電子ビームBの照射時間を長くすれば、それだけレジストの除去量が増大するため、位置と照射時間(ドーズ量)を調整することで、ブレーズ形状の輪帯になるよう、レジストを残すことができる。尚、型の素材10の外周面10fを基準として、上述したごとく輪帯形状のレジストを得ることで、後述するごとく転写光学面にブレース状の輪帯を形成しても良い。   In step S120, the mold material 10 is set on a three-dimensional stage of an electron beam drawing apparatus to be described later. In step S121, the reading material (scanning electron microscope: preferably attached to the electron beam drawing apparatus) is used. The second mark 11b of the mold material 10 is detected, and the shape of the processed surface of the transfer optical surface 10a is obtained from the stored three-dimensional coordinates of the transfer optical surface 10a, and obtained in step S122. The three-dimensional stage is moved so that the electron beam is focused on the shape of the surface to be processed, the electron beam B (see FIG. 3B) is irradiated, and a desired annular zone shape is drawn as a predetermined process. To do. After drawing, in step S123, the mold material 10 is removed from the three-dimensional stage, and development processing is performed in step S124 to obtain a ring-shaped resist. Here, if the irradiation time of the electron beam B at the same point is lengthened, the resist removal amount increases accordingly. Therefore, by adjusting the position and the irradiation time (dose amount), a blazed annular zone is obtained. Resist can be left. Note that a brace-shaped ring zone may be formed on the transfer optical surface as described later by obtaining a ring-shaped resist as described above with reference to the outer peripheral surface 10f of the mold material 10.

ステップS125で、プラズマシャワー(p)によるドライエッチングを経て、レジストを除去し、更に型の素材10の転写光学面10aの表面を彫り込んで微細形状であるブレーズ状の輪帯10b(実際より誇張されて描かれている)を形成する(図3(c)参照)。このとき、ドライエッチングをフッ素系ガス(SF、CF等)の雰囲気中で行うことで、微細形状の形成と同時に、その表面に均一なフッ素コートを施すことができる。尚、フッ素系ガス以外を用いてドライエッチングを行った場合、その雰囲気を大気に開放することなく、フッ素系ガスで満たしてプラズマを生成することで、同様の均一なフッ素コートが可能である。このようにして、微細形状を有する型10が形成される。 In step S125, the resist is removed through dry etching by plasma shower (p), and the surface of the transfer optical surface 10a of the mold material 10 is further engraved to form a blazed ring zone 10b (exaggerated from the actual state). (See FIG. 3C). At this time, by performing dry etching in an atmosphere of fluorine-based gas (SF 6 , CF 4, etc.), a uniform fluorine coat can be applied to the surface simultaneously with the formation of a fine shape. If dry etching is performed using a gas other than fluorine-based gas, the same uniform fluorine coating can be achieved by generating plasma by filling the atmosphere with fluorine-based gas without opening the atmosphere to the atmosphere. In this way, the mold 10 having a fine shape is formed.

本実施の形態によれば、ドライエッチング装置を用いて、型の素材にフッ素コートを行うことにより、ほぼ真空中で異物の侵入を排除しつつコートを行えるため、コート面の均一性、密着性等に優れる。又、フッ素溶液などを用いないため、取り扱いが容易であり、処理の手間がかからず、材料コストも削減でき、しかも環境保護の観点からも好ましい。又、溝幅が1μm以下であるような微細形状であると、フッ素系溶液の浸漬やスプレーでは、液の表面張力のため、溝底まで均一なコートを行うことは困難であるが、フッ素ガス雰囲気内でプラズマ生成を小なうことで、微細形状の奥底まで均一なフッ素コートが可能となる。   According to the present embodiment, by applying a fluorine coating to the mold material by using a dry etching apparatus, the coating can be performed while eliminating the intrusion of foreign matters in a vacuum. Etc. In addition, since a fluorine solution or the like is not used, handling is easy, processing is not required, material costs can be reduced, and it is preferable from the viewpoint of environmental protection. Also, if the groove width is 1 μm or less, it is difficult to coat uniformly to the groove bottom due to the surface tension of the liquid when immersed or sprayed with a fluorine-based solution. By reducing plasma generation in the atmosphere, uniform fluorine coating can be achieved up to the bottom of the fine shape.

本発明者らの実験結果によれば、シリコンの基材上に純水を滴下した場合における水滴の接触角は39度であったのに対し、シリコンの基材をフッ素系の溶液内に浸漬して表面にフッ素コートした比較例における水滴の接触角は約100度であった。これに対し、シリコンの基材を保持したフッ素系ガスの雰囲気中においてプラズマを生成することで、その表面にフッ素コートした実施例における水滴の接触角は約100度であり、浸漬した場合と同様な撥水効果が認められた。   According to the experimental results of the present inventors, the contact angle of water droplets when pure water was dropped on a silicon substrate was 39 degrees, whereas the silicon substrate was immersed in a fluorine-based solution. The contact angle of water droplets in the comparative example in which the surface was coated with fluorine was about 100 degrees. On the other hand, by generating plasma in an atmosphere of fluorine-based gas holding a silicon base material, the contact angle of water droplets in the embodiment in which the surface is fluorine-coated is about 100 degrees, which is the same as when immersed. Water repellent effect was observed.

図14は、本発明者らの行ったXPS分析の結果を示す図である。XPS分析結果によれば、図14に示すように、X線の入射角を30度〜90度まで変えた状態で、フッ素元素を測定した結果、上述した比較例に対し、上述した実施例の方が全域でフッ素元素量が多かった。即ち、フッ素コートが場所によらず均一に行われたことがわかる。   FIG. 14 is a diagram showing the results of XPS analysis performed by the present inventors. According to the XPS analysis result, as shown in FIG. 14, the fluorine element was measured in the state where the incident angle of X-ray was changed from 30 degrees to 90 degrees. The amount of fluorine element was larger in the whole area. That is, it can be seen that the fluorine coating was performed uniformly regardless of the location.

図15は、本発明者らの行った加水処理の実験効果を示す図である。かかる実験結果によれば、ドライエッチング後に、シリコン基材の処理表面を水蒸気に曝さない場合には、所定の撥水性を得るのに6時間以上を必要とするのに対し、水蒸気に曝すことで、同じ撥水性を得るのに数分以内で足りることがわかった。   FIG. 15 is a diagram showing the experimental effect of the water treatment performed by the present inventors. According to such experimental results, when the treated surface of the silicon base material is not exposed to water vapor after dry etching, it takes 6 hours or more to obtain a predetermined water repellency, whereas it is exposed to water vapor. It was found that it took less than a few minutes to obtain the same water repellency.

図4は、本実施の形態にかかる成形方法を実施できる光学素子の成形装置の断面図である。図4において、下型1の上に円管状の上型2が移動自在に配置されている。円筒状の可動型3が、上型2に対して摺動可能に内包されており、図2,3の製造方法により製造された可動型10が、下型1に対して摺動可能に内包されている。   FIG. 4 is a cross-sectional view of an optical element molding apparatus capable of performing the molding method according to the present embodiment. In FIG. 4, a circular upper die 2 is movably disposed on the lower die 1. A cylindrical movable mold 3 is included so as to be slidable with respect to the upper mold 2, and a movable mold 10 manufactured by the manufacturing method of FIGS. Has been.

可動型3の下面には、成形しようとする光学素子の非球面形状3aと、構造性複屈折を生じさせる形状に対応した微細形状3bとが形成されている。又、可動型3の内側には、ヒータ4が設置されている。可動型10の上面には、成形しようとする光学素子の非球面形状10aと、回折構造に対応した微細形状10bとが形成されている。又、可動型10の内側には、ヒータ4’が設置されている。尚、本実施の形態では、下型1と上型2とで固定型を構成する。   On the lower surface of the movable mold 3, an aspherical shape 3a of the optical element to be molded and a fine shape 3b corresponding to a shape causing structural birefringence are formed. A heater 4 is installed inside the movable mold 3. On the upper surface of the movable mold 10, an aspherical shape 10a of the optical element to be molded and a fine shape 10b corresponding to the diffractive structure are formed. A heater 4 ′ is installed inside the movable mold 10. In the present embodiment, the lower mold 1 and the upper mold 2 constitute a fixed mold.

図5は、本実施の形態にかかる成形方法を示すフローチャート図である。図5を参照して、かかる成形方法について説明する。まず、ステップS201で、下型1,上型2,可動型3、10を、図4に示す状態に配置し、いわゆる型締めを行う。続いて、ステップS202で、外部の加熱シリンダー(不図示)にて加熱溶融された樹脂素材を、ゲートGを介して下型1,上型2内へと射出する(素材を射出するステップ)。   FIG. 5 is a flowchart showing the molding method according to the present embodiment. Such a molding method will be described with reference to FIG. First, in step S201, the lower mold 1, the upper mold 2, the movable molds 3 and 10 are arranged in the state shown in FIG. 4, and so-called mold clamping is performed. Subsequently, in step S202, the resin material heated and melted by an external heating cylinder (not shown) is injected into the lower mold 1 and the upper mold 2 through the gate G (step of injecting the material).

ステップS203で、射出された素材を冷却する(自然冷却でも、可動型3,10の少なくとも一方を退避させて素材を雰囲気に暴露する強制冷却を行っても良い)。このとき、素材の表面には、可動型3、10の非球面形状3a、10bが転写されているが、素材の射出のみでは、微細形状3b、10bは十分に転写するのは困難である。そこで、ステップS204で、ヒータ4、4’により可動型3、10を加熱し、樹脂素材のガラス転移点以上の温度にする(型の温度を素材のガラス転移点温度より高く設定するステップ)。その後、ステップS205で、不図示の駆動部によってわずかな力(重力方向上側の可動型3は自重でも良い)で、可動型3、10を樹脂素材に向かって押圧すると、微細形状3b、10bが当たる樹脂素材の表面が溶融し、微細形状3b、10bの溝底まで行き渡るようになる(微細形状を転写するステップ)。従って、アスペクト比が1以上の微細形状、及び光軸方向断面の角部の曲率半径が1μm以下の微細形状でも精度良く転写できる。   In step S203, the injected material is cooled (either natural cooling or forced cooling in which at least one of the movable molds 3 and 10 is retracted to expose the material to the atmosphere). At this time, the aspherical shapes 3a and 10b of the movable molds 3 and 10 are transferred to the surface of the material. However, it is difficult to sufficiently transfer the fine shapes 3b and 10b only by injection of the material. Therefore, in step S204, the movable molds 3 and 10 are heated by the heaters 4 and 4 'so that the temperature is equal to or higher than the glass transition point of the resin material (step of setting the mold temperature higher than the glass transition temperature of the material). Thereafter, in step S205, when the movable molds 3 and 10 are pressed toward the resin material with a slight force (the movable mold 3 on the upper side in the direction of gravity may have its own weight) by a driving unit (not shown), the fine shapes 3b and 10b are formed. The surface of the corresponding resin material melts and reaches the groove bottoms of the fine shapes 3b and 10b (step of transferring the fine shape). Therefore, even a fine shape having an aspect ratio of 1 or more and a fine shape having a radius of curvature of a corner of the cross section in the optical axis direction of 1 μm or less can be accurately transferred.

その後、ステップS206で、ヒータ4、4’の加熱を停止し、樹脂素材を冷却固化させ(冷却するステップ)、ステップS207で、不図示の駆動部を用いて下型1から上型2及び可動型3、10を退避させる型開きにより、高精度な微細形状を得る光学素子を形成できる。このとき、非球面形状3a、10a及び微細形状3b、10bの表面には、均一なフッ素コートがなされているので、型開きの際に樹脂素材が張り付くことが抑制される。   Thereafter, in step S206, heating of the heaters 4 and 4 ′ is stopped, and the resin material is cooled and solidified (cooling step). In step S207, the lower mold 1 and the upper mold 2 are moved using the driving unit (not shown). By opening the molds 3 and 10 to retract, an optical element that obtains a highly accurate fine shape can be formed. At this time, since the surfaces of the aspherical shapes 3a and 10a and the fine shapes 3b and 10b are uniformly coated with fluorine, it is possible to prevent the resin material from sticking when the mold is opened.

従来の射出成形においては、微細形状の転写を行わない場合で数10秒程度、微細形状の転写を行う場合は1分程度のサイクルタイムを要していたが、本願発明の成形方法によれば、予め設計形状誤差範囲内に成形された被成形物表面に微細形状を転写し形状を整形する場合には、2〜3秒のサイクルタイムで成形が完了する。又、成形素材を射出するステップから始めた場合でも、微細形状を転写し形状を整形する場合に、従来の射出成形に+2〜3秒程度の工程を加えるのみで、従来技術では困難であった、微細形状を誤差数nm以内で精度良く確実に転写することが可能となる。   In the conventional injection molding, a cycle time of about several tens of seconds is required when the fine shape is not transferred, and about one minute is required when the fine shape is transferred, but according to the molding method of the present invention, In the case where the fine shape is transferred to the surface of the workpiece that has been previously molded within the design shape error range and the shape is shaped, the molding is completed in a cycle time of 2 to 3 seconds. Also, even when starting from the step of injecting the molding material, when transferring the fine shape and shaping the shape, it is difficult with the prior art, just adding a process of +2 to 3 seconds to the conventional injection molding The fine shape can be accurately and reliably transferred within an error of several nm.

図6は、以上の成形方法により成形される光学素子の例を示す図である。図6(a)の斜視図で示される形状の光学素子15は、図6(b)に示すように表面には構造性複屈折の微細形状15aを有しており、図6(b)に示すように裏面には光軸方向断面が鋸歯状の回折構造15bを有している。構造性複屈折の微細形状15aは、輪帯状の矩形溝を有しており、図6(d)に示す断面形状を有している。ここで、一例として、光学素子15の素材の屈折率を1.92とし、入射する光の波長をλとすると、構造性複屈折の微細形状15aにおける各部寸法は、d1=0.25λ、d2(溝幅)=0.39λ、d3=2λ、d4(溝深さ)=1.22λとなる。又、図6(c)において、鋸歯状の回折構造15bの光軸方向断面における角部の曲率半径Rは1μm未満である。   FIG. 6 is a diagram showing an example of an optical element molded by the above molding method. The optical element 15 having the shape shown in the perspective view of FIG. 6 (a) has a fine shape 15a of structural birefringence on the surface as shown in FIG. 6 (b). As shown, the back surface has a diffractive structure 15b having a sawtooth cross section in the optical axis direction. The fine shape 15a of structural birefringence has a ring-shaped rectangular groove, and has a cross-sectional shape shown in FIG. Here, as an example, if the refractive index of the material of the optical element 15 is 1.92 and the wavelength of incident light is λ, the dimensions of each part in the fine shape 15a of structural birefringence are d1 = 0.25λ, d2 (Groove width) = 0.39λ, d3 = 2λ, d4 (groove depth) = 1.22λ. In FIG. 6C, the radius of curvature R of the corner portion in the cross section in the optical axis direction of the sawtooth diffraction structure 15b is less than 1 μm.

図7は、以上の成形方法により成形される光学素子の別の例を示す図である。図7(a)の断面図を示される形状の光学素子20は、図7(b)に示すように表面には光軸方向断面が鋸歯状の回折構造20aを有している。更に、回折構造20aの傾斜面には、深さ方向に向かうにつれ縮径した円錐形状の多数の孔20bが形成されている。反射防止機能を有するこの孔20bは、傾斜面の面積の20%乃至40%(好ましくは30%)を占める。   FIG. 7 is a diagram showing another example of an optical element molded by the above molding method. The optical element 20 having the shape shown in the cross-sectional view of FIG. 7A has a diffractive structure 20a having a serrated cross section in the optical axis direction on the surface, as shown in FIG. 7B. Furthermore, a large number of conical holes 20b having a diameter reduced in the depth direction are formed on the inclined surface of the diffractive structure 20a. The hole 20b having the antireflection function occupies 20% to 40% (preferably 30%) of the area of the inclined surface.

(超精密旋盤:SPDT加工装置について)
以下、型の素材10の切削加工に用いる超精密旋盤例えば、SPDT(Single Point Diamond Turning)の制御系の概略構成について、図8(a)及び図8(b)を参照しつつ説明する。
(Ultra-precision lathe: SPDT processing equipment)
Hereinafter, a schematic configuration of a control system of an ultra-precision lathe used for cutting the mold material 10, for example, SPDT (Single Point Diamond Turning), will be described with reference to FIGS. 8A and 8B.

超精密旋盤100は、図8(a)に示すように、型の素材10などのワーク110を固定するための回転保持部材である固定部111と、前記ワーク110に対して加工を施すための切削バイトの刃先であるダイアモンド工具112と、前記固定部111をZ軸方向に移動させるZ軸スライドテーブル120と、前記ダイアモンド工具112を保持しつつX軸方向(あるいは加えてY軸方向)に移動させるX軸スライドテーブル122と、Z軸スライドテーブル120及びX軸スライドテーブル122を移動自在に保持する定盤124と、を含んで構成されている。なお、固定部111もしくはダイアモンド工具112のいずれか一方又は双方を回転駆動するための不図示の回転駆動手段が設けされ、後述の制御手段138に電気的に接続されている。   As shown in FIG. 8A, the ultra-precision lathe 100 is provided with a fixed portion 111 that is a rotation holding member for fixing a workpiece 110 such as a mold material 10 and the workpiece 110 for processing. The diamond tool 112 that is the cutting edge of the cutting tool, the Z-axis slide table 120 that moves the fixed portion 111 in the Z-axis direction, and the X-axis direction (or in addition to the Y-axis direction) while holding the diamond tool 112 The X-axis slide table 122 to be moved, and the surface plate 124 that holds the Z-axis slide table 120 and the X-axis slide table 122 movably are configured. In addition, a rotation drive unit (not shown) for rotating and driving either one or both of the fixed portion 111 and the diamond tool 112 is provided, and is electrically connected to a control unit 138 described later.

また、超精密旋盤100は、図8(a)に示すように、Z軸スライドテーブル120の駆動を制御するZ方向駆動手段131と、X軸スライドテーブル122のX軸方向での駆動(あるいは加えてY軸方向での駆動)を制御するX方向駆動手段132及びY方向駆動手段133と、これらにより送り量を制御する送り量制御手段134と、切込量を制御する切込量制御手段135と、温度を制御する温度制御手段136と、各種制御条件や制御テーブルないしは処理プログラムを記憶した記憶手段137と、これら各部の制御を司る制御手段138と、を含んで構成される。   Further, as shown in FIG. 8A, the ultra-precision lathe 100 is driven (or added) in the X-axis direction by the Z-direction drive means 131 for controlling the drive of the Z-axis slide table 120 and the X-axis slide table 122. X-direction drive means 132 and Y-direction drive means 133 for controlling the drive in the Y-axis direction, feed amount control means 134 for controlling the feed amount by these, and cut amount control means 135 for controlling the cut amount. And a temperature control means 136 for controlling the temperature, a storage means 137 for storing various control conditions and control tables or processing programs, and a control means 138 for controlling these parts.

ダイアモンド工具112は、図8(b)に示すように、本体部分を構成するダイアモンドチップ113と、この先端部に構成された頂角αからなるすくい面114と、側面部を構成する第1逃げ面115、第2逃げ面116から構成される。このすくい面114に含まれる刃先には、予めないしは摩耗による複数の凹凸部114aが形成されている。   As shown in FIG. 8 (b), the diamond tool 112 includes a diamond tip 113 constituting the main body portion, a rake face 114 composed of the apex angle α formed at the tip portion, and a first relief constituting the side surface portion. It comprises a surface 115 and a second flank 116. On the cutting edge included in the rake face 114, a plurality of uneven portions 114a are formed in advance or due to wear.

上記のような構成を有する超精密旋盤100において、概略以下のように作用する。すなわち、セットされた型の素材10であるワーク110に対して、ダイアモンド工具112が相対移動することによって、ワーク110の加工を行うこととなる。この際、ダイアモンド工具112は、刃先がRバイトの構成を有していることから、刃先の当たるポイントが順次変化し、摩耗に対しても強い。   The ultra-precision lathe 100 having the above-described configuration operates as follows in general. That is, the workpiece 110 is processed by the relative movement of the diamond tool 112 with respect to the workpiece 110 that is the set material 10. At this time, since the cutting edge of the diamond tool 112 has an R bite configuration, the point on which the cutting edge strikes sequentially changes and is resistant to wear.

そして、本実施の形態においては、上述のような超精密旋盤を用いて、前記型の素材10を加工する際には、温度コントロールを実施しながら、送り量、切込量を制御して曲面部の切削加工されることとなる。   And in this Embodiment, when processing the raw material 10 of the said mold | die using the above ultra-precision lathes, while controlling temperature, controlling the feed amount and the cutting amount, the curved surface The part will be cut.

(集束イオンビーム(FIB)加工装置について)
次に、第2のマーク11bを形成するための集束イオンビーム加工装置の概略構成について、図9を参照しつつ説明する。
(About focused ion beam (FIB) processing equipment)
Next, a schematic configuration of the focused ion beam processing apparatus for forming the second mark 11b will be described with reference to FIG.

集束イオンビーム加工装置(FIB:Focused Ion Beam装置)は、Ga等の金属イオン源を用いた集束イオンビームによる型の素材10の加工や集束イオンビームを型の素材10に走査して得られる走査像の観察(SIM:Scanning Ion Microscope)を行うものであり、イオン源から発生し加速されたイオンビームを静電型のコンデンサレンズや対物レンズ等によって細かく集束して型の素材10上に照射し、型の素材10上のイオンビームの照射点を偏向器によって走査し、この走査によって型の素材10から発生した、例えば、2次電子を検出し、この検出信号に基づいて、走査像等を表示するものである。   A focused ion beam processing apparatus (FIB) is a scan obtained by processing a mold material 10 with a focused ion beam using a metal ion source such as Ga or scanning a focused ion beam onto the mold material 10. Image observation (SIM: Scanning Ion Microscope) is performed, and an ion beam generated from an ion source and accelerated is finely focused by an electrostatic condenser lens, an objective lens or the like, and irradiated onto a mold material 10. The ion beam irradiation point on the mold material 10 is scanned by a deflector, and, for example, secondary electrons generated from the mold material 10 are detected by this scanning. Based on this detection signal, a scanned image or the like is detected. To display.

集束イオンビーム加工装置200は、高真空に保持されており、図9に示すように、イオン源となる液体金属イオン源201、イオンを引き出す引出電極202、イオンビームを所望のエネルギーに加速する複数段よりなる加速管203、イオンビームを制限するアパーチャ205により開口を可変可能なコンデンサレンズ204、アパーチャ207により開口を可変調節可能でありイオンビームをフォーカスして試料に照射する対物レンズ206、偏向器208、ブランキング/E×B制限アパーチャを備えたE×B質量分析器209、エミッタアライメント210、アライメントセットスティグメータ211、アライメントセット212、アライメントセットスティグメータ213、加工しようとする型の素材10を載置し型の素材10の位置と傾きを自在に調節できるステージ214、位置認識マーク等を検出するための検出器215、レーザー供給源216及び光学系からなるレーザー干渉計217、ステージ214を駆動するステージ駆動手段220、及びこれらの各部の制御を行う制御回路230、操作入力を行うための操作入力部261、型の素材10及び走査像を観察認識するための画像認識部260、不図示の電源等を含んで構成される。   The focused ion beam processing apparatus 200 is maintained in a high vacuum. As shown in FIG. 9, a liquid metal ion source 201 serving as an ion source, an extraction electrode 202 that extracts ions, and a plurality of ions that accelerate the ion beam to a desired energy. Accelerating tube 203 composed of stages, condenser lens 204 whose aperture can be varied by an aperture 205 for limiting the ion beam, objective lens 206 whose aperture can be variably adjusted by an aperture 207, and which focuses the ion beam and irradiates the sample, deflector 208, E × B mass analyzer 209 with blanking / E × B restriction aperture, emitter alignment 210, alignment set stigmator 211, alignment set 212, alignment set stigmator 213, and material 10 of the mold to be processed Placed mold material 10 A stage 214 whose position and inclination can be freely adjusted, a detector 215 for detecting a position recognition mark and the like, a laser interferometer 217 including a laser supply source 216 and an optical system, a stage driving means 220 for driving the stage 214, and these And a control circuit 230 for controlling each part of the apparatus, an operation input unit 261 for performing operation input, an image recognition unit 260 for observing and recognizing the mold material 10 and the scanned image, a power source (not shown), and the like. .

アパーチャ205、207は、例えば、イオンビームの通路を制限するなどして、イオンビーム径等を変更可能な開口を有しており、開口以外では、イオンビームが透過できない厚さを有している。なお、アパーチャをN段階の形成してもよい。   The apertures 205 and 207 have openings that can change the diameter of the ion beam, for example, by restricting the path of the ion beam, and have a thickness that allows the ion beam to pass through other than the openings. . The aperture may be formed in N stages.

検出器215は、型の素材10へのイオンビームの照射に基づいて発生した、例えば2次電子を検出するためのものである。   The detector 215 is for detecting, for example, secondary electrons generated based on the irradiation of the ion beam onto the mold material 10.

ステージ駆動手段220は、ステージをX方向に駆動するためのX方向駆動機構221と、Y方向に駆動するためのY方向駆動機構と、Z方向に駆動するためのZ方向駆動機構と、θ方向に駆動するためのθ方向駆動機構と、を含んで構成される。   The stage driving means 220 includes an X direction driving mechanism 221 for driving the stage in the X direction, a Y direction driving mechanism for driving in the Y direction, a Z direction driving mechanism for driving in the Z direction, and a θ direction. And a θ-direction drive mechanism for driving the motor.

制御回路230は、イオン源201を制御するイオン源制御回路231と、加速管203を制御する加速管制御回路232と、コンデンサレンズ204による集束を制御する第1の集束制御回路233と、対物レンズ206による集束を制御する第2の集束制御回路234と、偏向器208の偏向器を制御する偏向制御回路235と、ステージ駆動手段220を制御するステージ制御回路236と、型の素材10で発生した二次イオンを検出する検出器21からの信号処理を制御する検出器制御回路237と、レーザー干渉計217を制御するレーザー干渉計制御回路238と、E×B質量分析器209を制御することでイオンを選択するイオン選択制御回路239と、エミッタアライメント210・アライメントセットスティグメータ211・アライメントセット212・アライメントセットスティグメータ213を各々制御する第1〜第4の各アライメント制御回路240・241・242・243と、各種制御テーブル、プログラムを格納した記憶部250と、各種表示画像を表示処理する表示処理部251と、これらの制御を司るCPU等の制御部252と、を含んで構成されている。   The control circuit 230 includes an ion source control circuit 231 that controls the ion source 201, an acceleration tube control circuit 232 that controls the acceleration tube 203, a first focusing control circuit 233 that controls focusing by the condenser lens 204, and an objective lens. Generated by a second focusing control circuit 234 for controlling focusing by 206, a deflection control circuit 235 for controlling the deflector of the deflector 208, a stage control circuit 236 for controlling the stage driving means 220, and the mold material 10. By controlling a detector control circuit 237 that controls signal processing from the detector 21 that detects secondary ions, a laser interferometer control circuit 238 that controls the laser interferometer 217, and the E × B mass analyzer 209. Ion selection control circuit 239 for selecting ions, emitter alignment 210 and alignment set stigmator 21 The first to fourth alignment control circuits 240, 241, 242, and 243 for controlling the alignment set 212 and the alignment set stigmator 213, various control tables, a storage unit 250 that stores a program, and various display images A display processing unit 251 that performs display processing and a control unit 252 such as a CPU that controls these operations are included.

記憶部250は、例えば、半導体メモリやディスク装置などの記憶装置の一領域として実現され、画像データと位置データとの組み合わせ等をも記憶する。例えば、断面の位置座標などからなる位置データと、各断面画像データを構成する画素を、走査した順番に格納した断面画像データとを組み合わせて、一対のデータとして記憶できる。記憶部250には、このデータを記憶する領域が複数設けられており、型の素材10の特定箇所に形成する各断面に対応する上記各データを、例えば、位置データの順番などに並べて、格納できる。   The storage unit 250 is realized as an area of a storage device such as a semiconductor memory or a disk device, and stores a combination of image data and position data. For example, a combination of position data including cross-section position coordinates and cross-sectional image data in which the pixels constituting each cross-sectional image data are stored in the scanning order can be stored as a pair of data. The storage unit 250 is provided with a plurality of areas for storing the data, and stores the data corresponding to the cross sections formed at specific positions of the mold material 10 in, for example, the order of the position data. it can.

表示処理部251は、特定箇所を表示するために、記憶部250に蓄積した各画像データおよび位置データに基づいて、例えば画像等を画像認識部260に表示するよう処理する。なお、表示処理部251は、記憶部250に格納したデータから、任意のX、Y、Z座標の画素のデータを読み出し、所望の視点から見た立体的な画像を画像認識部260に表示可能としてもよい。表示の方法としては、様々な方法が考えられるが、例えば、隣接する画素データから輪郭を抽出し、さらに、輪郭の前後関係を判定して、隠れている部分を破線などで表示できるようにすることが好ましい。また、該画像データに対して、輝度の変化による輪郭抽出などの画像処理を行い、イオンビームによって形成された孔、線など、型の素材10の表面の特徴的な部分の大きさや位置を認識し、ステージ214が型の素材10を所望の位置に配されているか否かや、イオンビームによって、所望の大きさの孔、線が型の素材10に形成されたか否かを判定できようにしてよい。   The display processing unit 251 performs processing so as to display, for example, an image or the like on the image recognition unit 260 based on each image data and position data stored in the storage unit 250 in order to display a specific location. The display processing unit 251 can read pixel data of arbitrary X, Y, and Z coordinates from the data stored in the storage unit 250 and display a stereoscopic image viewed from a desired viewpoint on the image recognition unit 260. It is good. Various display methods can be considered. For example, a contour is extracted from adjacent pixel data, and the front-rear relation of the contour is determined so that a hidden portion can be displayed with a broken line or the like. It is preferable. Also, the image data is subjected to image processing such as contour extraction based on changes in brightness, and the size and position of characteristic portions of the surface of the mold material 10 such as holes and lines formed by ion beams are recognized. Then, the stage 214 can determine whether or not the mold material 10 is arranged at a desired position and whether or not holes and lines of a desired size are formed in the mold material 10 by the ion beam. It's okay.

制御部252は、例えば検出器制御回路237を介して上記検出器215からの検出信号を受け取って、画像データを形成すると共に、操作入力部261の指示、あるいは、画像データなどに基づいて、各部へ各種条件を設定する。さらに、操作入力部261などから入力される作業者の指示などに応じて、ステージ214およびイオンビーム照射のための各部を制御できる。   The control unit 252 receives a detection signal from the detector 215 via, for example, the detector control circuit 237, forms image data, and sets each unit based on an instruction from the operation input unit 261 or image data. Set various conditions. Further, the stage 214 and each unit for ion beam irradiation can be controlled in accordance with an operator instruction input from the operation input unit 261 or the like.

また、上記制御部252は、検出器制御回路237によって、デジタル値に変換された検出器215からの全ての検出信号を受け取る。該検出信号は、イオンビームが走査している位置、すなわち、イオンビームの偏向方向に応じて変化する。したがって、偏向方向と該検出信号とを同期させることにより、イオンビームの各走査位置における型の素材10の表面形状および材質を検出できる。制御部252は、これらを走査位置に対応して再構成して、型の素材10の表面の画像データを画像認識部260上に表示できる。   The control unit 252 receives all detection signals from the detector 215 converted into digital values by the detector control circuit 237. The detection signal changes according to the position where the ion beam is scanned, that is, the deflection direction of the ion beam. Therefore, by synchronizing the deflection direction and the detection signal, the surface shape and material of the mold material 10 at each scanning position of the ion beam can be detected. The control unit 252 can reconstruct these corresponding to the scanning positions and display the image data of the surface of the mold material 10 on the image recognition unit 260.

(動作説明)
上述のような構成を有する集束イオンビーム装置200において、最初に、集束イオンビーム装置200に設けられたステージ214上に一面に転写光学面10と第1のマーク11bが形成された型の素材10をセットし、周囲を真空状態にして、イオンビームを型の素材10に走査可能な状態にまで、集束イオンビーム装置200をセットアップする。
(Description of operation)
In the focused ion beam apparatus 200 having the configuration as described above, first, a material 10 of a type in which the transfer optical surface 10 and the first mark 11b are formed on one surface on a stage 214 provided in the focused ion beam apparatus 200. The focused ion beam apparatus 200 is set up so that the surroundings are in a vacuum state and the ion beam can be scanned onto the mold material 10.

次に、イオンビームで型の素材10上のある領域を走査する。この際、イオン源201からのイオンは、引き出し電圧5〜10kVで発生し、加速管203にて加速される。加速されたイオンビームは、コンデンサレンズ204及び対物レンズ206により集束され、ステージ214上の型の素材10に到達する。   Next, a certain area on the mold material 10 is scanned with an ion beam. At this time, ions from the ion source 201 are generated at an extraction voltage of 5 to 10 kV and accelerated by the acceleration tube 203. The accelerated ion beam is focused by the condenser lens 204 and the objective lens 206 and reaches the mold material 10 on the stage 214.

なお、Au―Si―Beなどの合金イオン源を用いる場合には、E×B質量分析器209により必要とするイオンのみを直進させ、不要なイオンの軌道を曲げることによって、必要なイオンを分離選択することができる。   When an alloy ion source such as Au—Si—Be is used, only necessary ions are moved straight by the E × B mass analyzer 209, and the necessary ions are separated by bending the trajectory of unnecessary ions. You can choose.

また、Siのように、同位体が存在するイオンを扱う場合には、コンデンサレンズ204によるイオンビームのクロスオーバーポイントをE×B質量分析器209の中心にくるように調整制御されることが好ましい。これにより、同位体を分離せずに有効に利用できる。このようにして、イオンは、対物レンズ206により型の素材10上で一点に集束され、例えば、ラスター状に走査され得る。   In addition, when handling an ion having an isotope such as Si, it is preferable that the crossover point of the ion beam by the condenser lens 204 is adjusted and controlled so as to be at the center of the E × B mass analyzer 209. . Thereby, it is possible to effectively use isotopes without separating them. In this way, the ions can be focused at one point on the mold material 10 by the objective lens 206 and scanned, for example, in a raster pattern.

走査により、型の素材10の表面より放出される2次電子や2次イオンを検出し、検出結果に基づいて、表示処理部251により画像処理を施し、該領域の表面形状を示すSIM像を画像認識部260に表示する。例えば、ステージ214を移動させる毎にSIM像を表示し、特定箇所を表示できるようにステージ214の位置合わせを行う。   By scanning, secondary electrons and secondary ions emitted from the surface of the mold material 10 are detected, and based on the detection results, image processing is performed by the display processing unit 251 to generate a SIM image indicating the surface shape of the region. The image is displayed on the image recognition unit 260. For example, each time the stage 214 is moved, a SIM image is displayed and the stage 214 is aligned so that a specific location can be displayed.

作業者は、例えば、操作入力部261などを用いて、特定箇所を表示したSIM像に対し、例えば、加工の条件設定として、加工領域、加工時間、およびイオンビームの電流値等を指定するとよい。例えば、型の素材10の表面のSIM画像を取得し、さらに、特定箇所に対して加工領域を設定し、該加工領域の加工時間と、加工に使用するイオンビームのイオンビーム径および電流値とを指定する。なお、不図示の他の観察光学系を利用して型の素材10の状態を観察してもよい。   For example, the operator may specify, for example, a processing region, a processing time, and an ion beam current value as a processing condition setting for a SIM image displaying a specific location using the operation input unit 261 or the like. . For example, a SIM image of the surface of the mold material 10 is acquired, a processing region is set for a specific location, a processing time of the processing region, an ion beam diameter and an electric current value of an ion beam used for processing, Is specified. The state of the mold material 10 may be observed using another observation optical system (not shown).

ここで、本実施の形態においては、型の素材10上の第1のマーク11aを、検出器215からの検出信号に基づいて、画像認識部260にて認識させる。   Here, in the present embodiment, the image recognition unit 260 recognizes the first mark 11 a on the mold material 10 based on the detection signal from the detector 215.

そして、第1のマーク11aの線に平行な平行線をイオンビームにより形成する。この際、ステージ214並びにイオンビームの相対移動により、前記平行線を弧の一部を描くようにないしは直線的に形成することが好ましい。   A parallel line parallel to the line of the first mark 11a is formed by an ion beam. At this time, it is preferable to form the parallel lines so as to draw a part of the arc or linearly by the relative movement of the stage 214 and the ion beam.

この際、集束イオンビーム加工装置200は、上記加工領域を走査する。型の素材10の材質、イオンビームの種類(イオンビーム電流値の違い)やエネルギー、ドーズ量などによって、スパッタリングされる量が決まるので、1回の走査によって、加工領域は、略一定の深さまで堀り進められる。また、走査に対応して、2次電子や2次イオンの検出信号全てを記憶部250に記憶し、特定箇所における画像データを取得し、作業者の指示に応じて任意の位置の像を得ることができる。   At this time, the focused ion beam processing apparatus 200 scans the processing region. The amount of sputtering is determined by the material of the mold material 10, the type of ion beam (difference in ion beam current value), energy, dose amount, etc., so that the processing region is brought to a substantially constant depth by one scan. You can dig up. Corresponding to scanning, all detection signals of secondary electrons and secondary ions are stored in the storage unit 250, image data at a specific location is acquired, and an image at an arbitrary position is obtained in accordance with an operator's instruction. be able to.

次に、前記平行線に略直交する直交線をイオンビームにより形成する。これらを、第1のマーク11aの同心円の円周に沿った方向で、複数例えば、3ヶ所形成することにより複数の各第2のマーク11bを構成することができる。   Next, an orthogonal line substantially orthogonal to the parallel line is formed by an ion beam. By forming a plurality of these, for example, three places in the direction along the circumference of the concentric circle of the first mark 11a, a plurality of second marks 11b can be formed.

なお、第2のマーク11bを3ヶ所形成する場合の形成手順としては、上記のものに限らず、予め、3ヶ所についての平行線をステージ214を間欠的に回転駆動させることで形成しておき、その後、各々の箇所についての直交線を形成するようにしても構わない。   Note that the formation procedure when forming the second marks 11b at three locations is not limited to the above, and the parallel lines at the three locations are formed by rotating the stage 214 intermittently in advance. Then, an orthogonal line for each location may be formed.

さらに、これら制御手順などを、予め記憶部250等に制御プログラムとして記憶しておき、操作入力部261からは、例えば、第2のマーク11bを3ヶ所形成する場合には、「3」、5ヶ所形成する場合には、「5」と操作入力することにより、自動的に第1のマーク11aを検出して第2のマーク11bを形成すべき点を自動算出し、実行開始ボタン等を押下することにより、第2のマーク11bの形成が自動的になされるような構成とすることが好ましい。   Furthermore, these control procedures are stored in advance in the storage unit 250 as a control program, and when the operation input unit 261 forms, for example, three second marks 11b, “3”, 5 When forming the location, by inputting “5”, the first mark 11a is automatically detected and the point where the second mark 11b is to be formed is automatically calculated, and the execution start button or the like is pressed. By doing so, it is preferable that the second mark 11b is automatically formed.

このように、集束イオンビーム装置を利用し、集束イオンビーム装置の観察光学系や2次イオン画像等で観察を行い、第1のマークを認識して、集束イオンビーム装置のステージ位置で座標を知る。当該座標位置で集束イオンビームを走査して第2のマークを形成することができる。   In this way, using the focused ion beam device, the observation optical system of the focused ion beam device or the secondary ion image is used for observation, the first mark is recognized, and the coordinates are determined at the stage position of the focused ion beam device. know. The second mark can be formed by scanning the focused ion beam at the coordinate position.

ここに、線幅(ビームの集束)は、例えば、好ましくは、略1nm〜略50nm程度とする。ただし、Gaイオンを打ち込む場合に限る。さらに好ましくは、20nm程度とする。光学素子の中心軸の位置ずれは1μm以内にする必要があり、この1μmに対して充分小さい径により位置を決められるからである。   Here, the line width (beam focusing) is preferably about 1 nm to about 50 nm, for example. However, this is limited to the case where Ga ions are implanted. More preferably, it is about 20 nm. This is because the positional deviation of the central axis of the optical element needs to be within 1 μm, and the position can be determined by a sufficiently small diameter with respect to this 1 μm.

なお、集束イオンビーム加工装置としては、このような例に限らず、イオンビームによる加工と表面観測とを同時に行い、型の素材10の表面に平行な平面の画像を順次取得し、3次元画像データとして蓄積すると共に、画像変換により任意の断面を得る構成を有してもよい。   Note that the focused ion beam processing apparatus is not limited to such an example, and processing with an ion beam and surface observation are simultaneously performed, and images of a plane parallel to the surface of the mold material 10 are sequentially acquired to obtain a three-dimensional image. While storing as data, you may have the structure which acquires arbitrary cross sections by image conversion.

(電子ビーム描画装置について)
次に、電子ビーム描画装置の全体の概略構成について、図10を参照して説明する。図10は、本例の電子ビーム描画装置の全体構成を示す説明図である。
(About electron beam lithography system)
Next, the overall schematic configuration of the electron beam drawing apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 10 is an explanatory diagram showing the overall configuration of the electron beam lithography apparatus of this example.

電子ビーム描画装置401は、図10に示すように、大電流で高解像度の電子線プローブを形成して高速に描画対象の型の素材10上を走査するものであり、高解像度の電子線プローブを形成し、電子ビームを生成してターゲットに対してビーム照射を行う電子ビーム生成手段である電子銃412と、この電子銃412からの電子ビームを通過させるスリット414と、スリット414を通過する電子ビームの前記型の素材10に対する焦点位置を制御するための電子レンズ416と、電子ビームが出射される経路上に配設され開口により所望の電子ビームのビーム形状にするためのアパーチャー418と、電子ビームを偏向させることでターゲットである型の素材10上の走査位置等を制御する偏向器420と、偏向を補正する補正用コイル422と、を含んで構成されている。なお、これらの各部は、鏡筒410内に配設されて電子ビーム出射時には真空状態に維持される。   As shown in FIG. 10, the electron beam drawing apparatus 401 forms a high-resolution electron beam probe with a large current and scans the material 10 of the drawing target mold at a high speed. , An electron gun 412 which is an electron beam generating means for generating an electron beam and irradiating the target with a beam, a slit 414 for passing the electron beam from the electron gun 412, and an electron passing through the slit 414 An electron lens 416 for controlling the focal position of the beam with respect to the material 10 of the type, an aperture 418 disposed on the path through which the electron beam is emitted and having a desired electron beam shape by an aperture, and an electron A deflector 420 that controls the scanning position on the target material 10 by deflecting the beam, and a correction coil that corrects the deflection. It is configured to include a 422, a. These parts are arranged in the lens barrel 410 and maintained in a vacuum state when the electron beam is emitted.

さらに、電子ビーム描画装置411は、描画対象となる型の素材10を載置するための載置台であるXYZステージ430と、このXYZステージ430上の載置位置に型の素材10を搬送するための搬送手段であるローダ440と、XYZステージ430上の型の素材10の表面の基準点を測定するための測定手段である測定装置480と、XYZステージ430を駆動するための駆動手段であるステージ駆動手段450と、ローダを駆動するためのローダ駆動装置460と、鏡筒410内及びXYZステージ430を含む筐体411内を真空となるように排気を行う真空排気装置470と、型の素材10上を観察する観察系491と、これらの制御を司る制御手段である制御回路492と、を含んで構成されている。   Further, the electron beam drawing apparatus 411 transports the mold material 10 to an XYZ stage 430 which is a mounting table for placing the mold material 10 to be drawn, and a placement position on the XYZ stage 430. A loader 440 as a transport means, a measuring device 480 as a measuring means for measuring the reference point of the surface of the mold material 10 on the XYZ stage 430, and a stage as a driving means for driving the XYZ stage 430 Driving means 450, loader driving device 460 for driving the loader, vacuum exhausting device 470 for exhausting the interior of the lens barrel 410 and the housing 411 including the XYZ stage 430 to be evacuated, and the mold material 10 An observation system 491 for observing the top and a control circuit 492 which is a control means for controlling these operations are included.

なお、電子レンズ416は、高さ方向に沿って複数箇所に離間して設置される各コイル417a、417b、417cの各々の電流値によって電子的なレンズが複数生成されることで各々制御され、電子ビームの焦点位置が制御される。   The electronic lens 416 is respectively controlled by generating a plurality of electronic lenses according to the current values of the coils 417a, 417b, and 417c, which are separately provided at a plurality of locations along the height direction. The focal position of the electron beam is controlled.

測定装置480は、型の素材10に対してレーザーを照射することで型の素材10を測定する第1のレーザー測長器482と、第1のレーザー測長器482にて発光されたレーザー光(第1の照射光)が型の素材10を反射し当該反射光を受光する第1の受光部484と、前記第1のレーザー測長器482とは異なる照射角度から照射を行う第2のレーザー測長器486と、前記第2のレーザー測長器486にて発光されたレーザー光(第2の照射光)が型の素材10を反射し当該反射光を受光する第2の受光部488と、を含んで構成されている。   The measuring apparatus 480 includes a first laser length measuring device 482 that measures the mold material 10 by irradiating the mold material 10 with a laser, and a laser beam emitted by the first laser length measuring device 482. The first light receiving unit 484 that receives the first reflected light from the mold material 10 and receives the reflected light, and the second laser irradiating from a different irradiation angle from the first laser length measuring device 482. A laser length measuring device 486 and a second light receiving portion 488 that receives the reflected light when the laser light (second irradiation light) emitted by the second laser length measuring device 486 reflects the mold material 10. And.

ステージ駆動手段450は、XYZステージ430をX方向に駆動するX方向駆動機構452と、XYZステージ430をY方向に駆動するY方向駆動機構454と、XYZステージ430をZ方向に駆動するZ方向駆動機構456と、XYZステージ430をθ方向に駆動するθ方向駆動機構458と、を含んで構成されている。これによって、XYZステージ430を3次元的に動作させたり、アライメントを行うことができる。   The stage driving unit 450 includes an X direction driving mechanism 452 that drives the XYZ stage 430 in the X direction, a Y direction driving mechanism 454 that drives the XYZ stage 430 in the Y direction, and a Z direction driving that drives the XYZ stage 430 in the Z direction. A mechanism 456 and a θ-direction drive mechanism 458 for driving the XYZ stage 430 in the θ direction are configured. As a result, the XYZ stage 430 can be operated three-dimensionally and alignment can be performed.

なお、制御回路492は、図示しないが、電子銃412に電源を供給するための電子銃電源部、この電子銃電源部での電流、電圧などを調整制御する電子銃制御部、電子レンズ416(複数の各電子的なレンズを各々)を動作させるためのレンズ電源部、このレンズ電源部での各電子レンズに対応する各電流を調整制御するレンズ制御部、を含んで構成される。   Although not shown, the control circuit 492 includes an electron gun power supply unit for supplying power to the electron gun 412, an electron gun control unit for adjusting and controlling current, voltage, and the like in the electron gun power supply unit, an electron lens 416 ( A lens power supply unit for operating each of the plurality of electronic lenses, and a lens control unit for adjusting and controlling each current corresponding to each electronic lens in the lens power supply unit.

さらに、制御回路492は、補正用コイル422を制御するためのコイル制御部、偏向器420にて成形方向の偏向を行う成形偏向部、偏向器420にて副走査方向の偏向を行うための副偏向部、偏向器420にて主走査方向の偏向を行うための主偏向部、電子ビームの電界を制御する電界制御手段である電界制御回路、描画パターンなどを前記型の素材10に対して生成するためのパターン発生回路、各種レーザー制御系、ステージ駆動手段450を制御するためのステージ制御回路、ローダ駆動装置460を制御するローダ制御回路、測定情報を入力するための測定情報入力部、入力された情報や他の複数の情報を記憶するための記憶手段であるメモリ、各種制御を行うための制御プログラムを記憶したプログラムメモリ、各部を備えた制御系、これらの各部の制御を司る例えばCPUなどにて形成された制御部、を含んで構成されている。   Further, the control circuit 492 includes a coil control unit for controlling the correction coil 422, a shaping deflection unit for deflecting in the molding direction by the deflector 420, and a secondary for performing deflection in the sub-scanning direction by the deflector 420. A deflection unit, a main deflection unit for deflecting in the main scanning direction by the deflector 420, an electric field control circuit that is an electric field control means for controlling the electric field of the electron beam, a drawing pattern, and the like are generated for the material 10 of the type. Pattern generating circuit, various laser control systems, stage control circuit for controlling stage driving means 450, loader control circuit for controlling loader driving device 460, measurement information input unit for inputting measurement information, A memory that is a storage means for storing stored information and a plurality of other information, a program memory that stores a control program for performing various controls, and each unit Your system is configured to include a control unit, which is formed by a CPU for example controls the these units.

(動作説明)
上述のような構成を有する電子ビーム描画装置401において、ローダ440によって搬送された型の素材10がXYZステージ430上に載置されると、真空排気装置470によって鏡筒410及び筐体411内の空気やダストなどを排気したした後、電子銃412から電子ビームが照射される。
(Description of operation)
In the electron beam lithography apparatus 401 having the above-described configuration, when the mold material 10 conveyed by the loader 440 is placed on the XYZ stage 430, the vacuum exhaust device 470 causes the lens barrel 410 and the housing 411 to be in the interior. After exhausting air or dust, an electron beam is irradiated from the electron gun 412.

電子銃412から照射された電子ビームは、電子レンズ416を介して偏向器420により偏向され、偏向された電子ビームB(以下、この電子レンズ416を通過後の偏向制御された電子ビームに関してのみ「電子ビームB」と符号を付与することがある)は、XYZステージ430上の型の素材10の表面、例えば曲面部(曲面)12上の描画位置に対して照射されることで描画が行われる。   The electron beam irradiated from the electron gun 412 is deflected by the deflector 420 via the electron lens 416, and the deflected electron beam B (hereinafter, only with respect to the deflection-controlled electron beam after passing through the electron lens 416) “Electron beam B” may be given a symbol), and drawing is performed by irradiating the drawing position on the surface of the mold material 10 on the XYZ stage 430, for example, the curved surface (curved surface) 12. .

この際に、測定装置480によって、型の素材10上の描画位置(描画位置のうち少なくとも高さ位置)、もしくは後述するような基準点の位置が測定され、制御回路492は、当該測定結果に基づき、電子レンズ416のコイル417a、417b、417cなどに流れる各電流値などを調整制御して、電子ビームBの焦点深度の位置、すなわち焦点位置を制御し、当該焦点位置が前記描画位置となるように移動制御される。   At this time, the measuring device 480 measures the drawing position on the mold material 10 (at least the height position among the drawing positions) or the position of a reference point as described later, and the control circuit 492 displays the measurement result. Based on this, the current value flowing through the coils 417a, 417b, 417c and the like of the electron lens 416 is adjusted and controlled, and the position of the focal depth of the electron beam B, that is, the focal position is controlled, and the focal position becomes the drawing position. The movement is controlled as follows.

あるいは、測定結果に基づき、制御回路492は、ステージ駆動手段450を制御することにより、前記電子ビームBの焦点位置が前記描画位置となるようにXYZステージ430を移動させる。   Alternatively, based on the measurement result, the control circuit 492 moves the XYZ stage 430 so that the focal position of the electron beam B becomes the drawing position by controlling the stage driving unit 450.

また、本例においては、電子ビームの制御、XYZステージ430の制御のいずれか一方の制御によって行っても、双方を利用して行ってもよい。   In this example, the control may be performed by either the electron beam control or the XYZ stage 430 control, or by using both.

次に、測定装置480の第1のレーザー測長器482により電子ビームと交差する方向から型の素材10に対して第1の光ビームS1を照射し、型の素材10を透過する第1の光ビームS1の受光によって、第1の光強度分布が検出される。   Next, the first laser beam length 482 of the measuring device 480 irradiates the mold material 10 with the first light beam S1 from the direction intersecting the electron beam, and transmits the first material beam 10 through the mold material 10. The first light intensity distribution is detected by receiving the light beam S1.

この際に、第1の光ビームS1は、型の素材10の底部にて反射されるため、第1の強度分布に基づき、型の素材10の平坦部上の(高さ)位置が測定算出されることになる。しかし、この場合には、型の素材10の転写光学面10上の(高さ)位置を測定することができない。   At this time, since the first light beam S1 is reflected on the bottom of the mold material 10, the (height) position on the flat portion of the mold material 10 is measured and calculated based on the first intensity distribution. Will be. However, in this case, the (height) position of the mold material 10 on the transfer optical surface 10 cannot be measured.

そこで、本例においては、さらに第2のレーザー測長器486を設けている。すなわち、第2のレーザー測長器486によって、第1の光ビームS1と異なる電子ビームとほぼ直交する方向から型の素材10に対して第2の光ビームS2を照射し、型の素材10を透過する第2の光ビームS2が第2の受光部488にて受光されることによって、第2の光強度分布が検出され、これに基づき、位置が測定算出される。   Therefore, in this example, a second laser length measuring device 486 is further provided. That is, the second laser length measuring device 486 irradiates the mold material 10 with the second light beam S2 from a direction substantially orthogonal to the electron beam different from the first light beam S1, and the mold material 10 The second light beam S2 that is transmitted is received by the second light receiving unit 488, whereby the second light intensity distribution is detected, and based on this, the position is measured and calculated.

そして、この型の素材10の高さ位置を、例えば描画位置として、前記電子ビームの焦点位置の調整が行われ描画が行われることとなる。   Then, using the height position of the material 10 of this type as a drawing position, for example, the focal position of the electron beam is adjusted and drawing is performed.

(プラズマエッチング装置の構成について)
次に、型の素材10に対してドライ(プラズマ)エッチング処理を行うためのプラズマエッチング装置の概略構成について説明する。異方性エッチング処理を行える一例として、ここでは高密度プラズマを発生できる誘導結合プラズマ処理装置を示す。
(About the configuration of the plasma etching system)
Next, a schematic configuration of a plasma etching apparatus for performing a dry (plasma) etching process on the mold material 10 will be described. As an example of performing anisotropic etching, an inductively coupled plasma processing apparatus capable of generating high-density plasma is shown here.

誘導結合プラズマ処理装置の典型的な構造において、気密な処理室の天井に誘電体壁(窓板)が配設され、該誘電体壁上に高周波(RF)アンテナが配設される。高周波アンテナにより、処理室内に誘導電界が形成され、該電界により、処理ガスがプラズマに転化される。このようにして生成された処理ガスのプラズマを使用して、処理室内に配置された基材に対してエッチング等の処理が施される。   In a typical structure of an inductively coupled plasma processing apparatus, a dielectric wall (window plate) is disposed on the ceiling of an airtight processing chamber, and a radio frequency (RF) antenna is disposed on the dielectric wall. An induction electric field is formed in the processing chamber by the high-frequency antenna, and the processing gas is converted into plasma by the electric field. By using the plasma of the processing gas generated in this way, the substrate disposed in the processing chamber is subjected to processing such as etching.

図11は、本実施の形態に係る誘導結合プラズマエッチング装置を示す概略断面図である。図11に示すように、プラズマエッチング装置301は、導電性材料、例えばアルミニウム製の筐体から分解可能に組立てられた気密な容器320を有する。容器320は、接地線321によって接地されている。なお、容器320は、壁面から汚染物が発生しないように、内壁面が陽極酸化によりアルマイト処理されている。   FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing the inductively coupled plasma etching apparatus according to the present embodiment. As shown in FIG. 11, the plasma etching apparatus 301 includes an airtight container 320 that is assembled so as to be disassembled from a housing made of a conductive material, for example, aluminum. The container 320 is grounded by a ground wire 321. In addition, the inner wall surface of the container 320 is anodized by anodization so that contaminants are not generated from the wall surface.

容器320内は、上側のアンテナ室324と、処理室326とに気密的に隔離されることが好ましい。隔離に際し仕切られる仕切り構造は、石英等からなるセグメントを組み合わせてなる誘電体壁332を含む支持部334により形成される。支持部334の下面は、水平面上で実質的に整一した状態に形成される。   It is preferable that the inside of the container 320 be hermetically isolated by the upper antenna chamber 324 and the processing chamber 326. The partition structure partitioned upon isolation is formed by a support portion 334 including a dielectric wall 332 formed by combining segments made of quartz or the like. The lower surface of the support part 334 is formed in a substantially uniform state on a horizontal plane.

なお、支持部334の下面は、更に、平滑な下面を有する石英等からなる誘電体カバー(不図示)により被覆されることが好ましく、一方、誘電体壁332の上側には、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)等からなる不図示の樹脂板を配設することが好ましい。   The lower surface of the support portion 334 is preferably further covered with a dielectric cover (not shown) made of quartz or the like having a smooth lower surface. On the other hand, the PTFE (polytetra It is preferable to dispose a resin plate (not shown) made of fluoroethylene) or the like.

アンテナ室324には、ヒータ361が配設され、これは電源362に接続されている。ヒータ361により支持部334を介して誘電体壁332を含む仕切り構造が加熱され、これにより、処理室326に露出する仕切り構造の下面に副生成物が付着するのが防止される。   A heater 361 is disposed in the antenna chamber 324 and is connected to a power source 362. The partition structure including the dielectric wall 332 is heated by the heater 361 via the support portion 334, thereby preventing the by-product from adhering to the lower surface of the partition structure exposed to the processing chamber 326.

支持部334は、導電性材料、望ましくは金属、例えばアルミニウム製の筐体からされた中空の部材からなり、シャワーへッドを構成するためのシャワー筐体として兼用される。支持部334を構成する筐体の内外表面は、壁面から汚染物が発生しないように、陽極酸化によりアルマイト処理される。支持部兼シャワー筐体334には、ガス流路が内部に形成されると共に、ガス流路に連通し且つ後述するサセプタ即ち載置台371に対して開口する複数のガス供給孔が下面に形成される。   The support portion 334 is formed of a hollow member made of a conductive material, preferably a metal, for example, an aluminum housing, and is also used as a shower housing for forming a shower head. The inner and outer surfaces of the casing constituting the support portion 334 are anodized by anodization so that contaminants are not generated from the wall surface. The support / shower housing 334 has a gas flow path formed therein, and a plurality of gas supply holes that communicate with the gas flow path and open to a susceptor, that is, a mounting table 371 described later, are formed on the lower surface. The

支持部334の中央に接続された管状の管部335内には、支持部334内のガス流路に連通するガス供給管351が配設される。ガス供給管351は、容器320の天井を貫通し、容器320外に配設された処理ガス源部350に接続される。即ち、プラズマ処理中、処理ガスが、処理ガス源部350からガス供給管351を介して、支持部兼シャワー筐体334内に供給され、その下面のガス供給孔から処理室326内に放出される。   A gas supply pipe 351 communicating with a gas flow path in the support part 334 is disposed in a tubular pipe part 335 connected to the center of the support part 334. The gas supply pipe 351 passes through the ceiling of the container 320 and is connected to the processing gas source unit 350 disposed outside the container 320. That is, during the plasma processing, the processing gas is supplied from the processing gas source unit 350 through the gas supply pipe 351 into the support / shower casing 334 and is released into the processing chamber 326 through the gas supply hole on the lower surface thereof. The

アンテナ室324内には、誘電体壁332に面するように、仕切り構造上に配設された高周波(RF)のアンテナ331が配設される。   In the antenna chamber 324, a high frequency (RF) antenna 331 disposed on the partition structure is disposed so as to face the dielectric wall 332.

アンテナ331は、仕切り構造上の部分が例えば渦巻き状をなす平面型のコイルアンテナからなる。アンテナ331は、一端部が容器320の天井の略中央から導出され、整合器341を介して高周波電源342に接続される。一方、他端部は容器320に接続され、これにより接地される。   The antenna 331 is a planar coil antenna whose part on the partition structure forms, for example, a spiral shape. One end of the antenna 331 is led out from the approximate center of the ceiling of the container 320 and is connected to the high-frequency power source 342 via the matching unit 341. On the other hand, the other end is connected to the container 320 and thereby grounded.

プラズマ処理中、高周波電源342からは、誘導電界形成用の高周波電力がアンテナ331ヘ供給される。アンテナ331により、処理室326内に誘導電界が形成され、この誘導電界により、支持部兼シャワー筐体334から供給された処理ガスがプラズマに転化される。このため、高周波電源342は、プラズマを発生させるのに十分な出力で高周波電力を供給できるように設定される。   During the plasma processing, high-frequency power for generating an induction electric field is supplied to the antenna 331 from the high-frequency power source 342. An induction electric field is formed in the processing chamber 326 by the antenna 331, and the processing gas supplied from the supporter / shower casing 334 is converted into plasma by the induction electric field. For this reason, the high frequency power supply 342 is set so that high frequency power can be supplied with an output sufficient to generate plasma.

誘電体壁332を挟んで高周波のアンテナ331と対向するように、処理室326内には基材を載置するための載置台であるサセプタ371が配設される。サセプタ371は、導電性材料、例えばアルミニウム製の部材からなり、その表面は、汚染物が発生しないように、陽極酸化によりアルマイト処理される。サセプタ371の周囲には基材を固定するための保持部材373が配設される。   A susceptor 371, which is a mounting table for mounting a substrate, is disposed in the processing chamber 326 so as to face the high-frequency antenna 331 with the dielectric wall 332 interposed therebetween. The susceptor 371 is made of a conductive material, for example, an aluminum member, and its surface is anodized by anodization so as not to generate contaminants. A holding member 373 for fixing the base material is disposed around the susceptor 371.

サセプタ371は、絶縁体枠372内に収納され、更に、中空の支柱上に支持される。支柱は容器320の底部を気密に貫通し、容器320外に配設された駆動手段374に支持される。即ち、サセプタ371は、型の素材10のロード/アンロード時に、この駆動手段374により例えば上下方向に駆動される。   The susceptor 371 is housed in the insulator frame 372 and further supported on a hollow column. The support column penetrates the bottom of the container 320 in an airtight manner and is supported by driving means 374 disposed outside the container 320. That is, the susceptor 371 is driven, for example, in the vertical direction by the driving means 374 when the mold material 10 is loaded / unloaded.

サセプタ371は、中空の支柱内に配置された給電棒により、整合器381を介して高周波電源382に接続される。プラズマ処理中、高周波電源382からは、バイアス用の高周波電力がサセプタ371に印加される。このバイアス用の高周波電力は、処理室326内で励起されたプラズマ中のイオンを効果的に基材に引込むために使用される。   The susceptor 371 is connected to a high-frequency power source 382 through a matching unit 381 by a power feeding rod arranged in a hollow column. During the plasma processing, a high frequency power for bias is applied to the susceptor 371 from the high frequency power supply 382. This bias high-frequency power is used to effectively attract ions in the plasma excited in the processing chamber 326 to the substrate.

更に、サセプタ371内には、基材の温度を制御するため、ヒータ等の加熱手段や冷媒流路等からなる温度調整手段375や温度センサ(不図示)が配設され、温度調整手段375を制御する温度制御手段376に接続される。これ等の機構や部材に対する配管や配線は、いずれも中空の支柱を通して容器320外に導出される。   Further, in the susceptor 371, a temperature adjusting means 375 and a temperature sensor (not shown) including a heating means such as a heater and a refrigerant flow path are disposed to control the temperature of the base material. It is connected to temperature control means 376 for controlling. Pipes and wirings for these mechanisms and members are all led out of the container 320 through hollow columns.

処理室326の底部には、排気管377を介して、真空ポンプなどを含む真空排気機構が接続される。真空排気機構により、処理室326内が排気されると共に、プラズマ処理中、処理室326内が真空雰囲気、所定の圧力雰囲気に設定及び維持される。   A vacuum exhaust mechanism including a vacuum pump and the like is connected to the bottom of the processing chamber 326 through an exhaust pipe 377. The inside of the processing chamber 326 is exhausted by the vacuum exhaust mechanism, and the inside of the processing chamber 326 is set and maintained in a vacuum atmosphere and a predetermined pressure atmosphere during the plasma processing.

本実施の形態にかかるバイアス用電力を出力するバイアス用の高周波電源382には、バイアス用電力の供給を制御する制御手段394が接続されている。   Control means 394 for controlling the supply of bias power is connected to the bias high-frequency power supply 382 for outputting the bias power according to the present embodiment.

一方、上記バイアス用電力よりも周波数が相対的に高いプラズマ生成用電力を出力するプラズマ生成用の高周波電源342にも、上記制御手段394が接続されており、この制御手段394によってプラズマ生成用電力の供給が制御される。この制御手段394には、さらに、種々の設定入力値等を表示するための表示手段393、操作入力を行うための操作入力手段392、各種テーブルや種々の制御プログラム、設定情報等を記憶した記憶手段391が接続される。なお、この制御手段394と前述の電子ビーム描画装置の制御回路等が種々の通信手段を介してネットワーク接続することにより、電子ビーム描画装置にて設定され、演算された種々の補正係数を含む情報が自動的に記憶手段391に格納されて制御の際に利用可能に形成することが好ましい。   On the other hand, the control means 394 is also connected to a plasma generation high-frequency power source 342 that outputs plasma generation power having a relatively higher frequency than the bias power, and the control means 394 controls the plasma generation power. Is controlled. The control unit 394 further includes a display unit 393 for displaying various setting input values, an operation input unit 392 for performing operation input, a storage storing various tables, various control programs, setting information, and the like. A means 391 is connected. Information including various correction coefficients set and calculated in the electron beam drawing apparatus by connecting the control means 394 and the control circuit of the electron beam drawing apparatus described above to the network through various communication means. Is preferably stored in the storage means 391 so that it can be used for control.

次に、図11の誘導結合プラズマエッチング装置を用いて、型の素材10に対してプラズマエッチング処理を施す場合について説明する。   Next, the case where the plasma etching process is performed on the mold material 10 using the inductively coupled plasma etching apparatus of FIG. 11 will be described.

まず、ゲートバルブ322を通して搬送手段により型の素材10をサセプタ371の載置面に載置した後、保持部材373により基材をサセプタ371に固定する。次に、処理室326内にガス供給源350からエッチングガス(例えばSFとOによる例えば混合比9:1の混合ガス)を含む処理ガス吐出させると共に、排気管377を介して処理室326内を真空引きすることにより、処理室326内を所定の圧力雰囲気に維持する。 First, after the mold material 10 is placed on the placement surface of the susceptor 371 by the conveying means through the gate valve 322, the base member is fixed to the susceptor 371 by the holding member 373. Next, a processing gas containing an etching gas (for example, a mixed gas having a mixing ratio of 9: 1, for example, of SF 6 and O 2 ) is discharged from the gas supply source 350 into the processing chamber 326, and the processing chamber 326 is connected via the exhaust pipe 377. The inside of the processing chamber 326 is maintained in a predetermined pressure atmosphere by evacuating the inside.

次に、高周波電源342から所定の高周波電力をアンテナ331に印加することにより、仕切り壁構造を介して処理室326内に均一な誘導電界を形成する。かかる誘導電界により、処理室326内で処理ガスがプラズマに転化され、高密度の誘導結合プラズマが生成される。このようにして生成されたプラズマ中のイオンは、高周波電源382からサセプタ371に対して印加される所定の高周波電力によって、型の素材10に効果的に引込まれ、レジストのマスクパターンを有する型の素材10に対して所望のエッチング処理が施される。   Next, by applying predetermined high frequency power from the high frequency power source 342 to the antenna 331, a uniform induction electric field is formed in the processing chamber 326 through the partition wall structure. Due to the induction electric field, the processing gas is converted into plasma in the processing chamber 326, and high-density inductively coupled plasma is generated. The ions in the plasma generated in this way are effectively drawn into the mold material 10 by a predetermined high-frequency power applied to the susceptor 371 from the high-frequency power source 382, and the ions having a resist mask pattern are used. A desired etching process is performed on the material 10.

この際、制御手段394の制御により、プラズマ生成用の高周波電源342から所定の第1の周波数の第1の電力の高周波電力を印加すると共に、バイアス用の高周波電源382から整合器381を介して、上記プラズマ生成用の第1の電力よりも相対的に低い第2の周波数である第2の電力の高周波電力を例えば、間欠的に印加する。   At this time, under the control of the control means 394, the high frequency power of the first power having a predetermined first frequency is applied from the high frequency power source 342 for plasma generation, and the high frequency power source 382 for bias is passed through the matching unit 381. The high frequency power of the second power, which is the second frequency relatively lower than the first power for plasma generation, is applied intermittently, for example.

ここで、バイアス用電力の制御は、バイアス用電力を印加するオンサイクル、バイアス用電力を印加しないオフサイクル、とを交互に繰り返し、デューティー(オンサイクル時間/(オンサイクル時間+オフサイクル時間))を制御することが好ましい。これにより、例えば、基材の特定箇所における比(基層のエッチングされた量/レジスト層のエッチングされた量)を制御できる。なお、バイアス用電力のオン・オフの周期を生成するために、特殊なパルス電源を用いても、ソフトウェアによって電源のオン・オフを制御してもよい。   Here, the bias power is controlled by alternately repeating the on cycle in which the bias power is applied and the off cycle in which the bias power is not applied, and the duty (on cycle time / (on cycle time + off cycle time)). Is preferably controlled. Thereby, for example, the ratio (the etched amount of the base layer / the etched amount of the resist layer) at a specific portion of the substrate can be controlled. In order to generate the on / off cycle of the bias power, a special pulse power supply may be used, or the power on / off may be controlled by software.

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。本発明は、光ピックアップ装置用の光学素子に限らず、種々の光学素子、或いはインクジェットプリンタのヘッドなどの成形にも適用できる。   The present invention has been described above with reference to the embodiments. However, the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiments, and can be modified or improved as appropriate. The present invention is not limited to an optical element for an optical pickup device, but can also be applied to molding various optical elements or an inkjet printer head.

アスペクト比を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an aspect-ratio. 本実施の形態にかかる型の製造方法を示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the manufacturing method of the type | mold concerning this Embodiment. 図2に示す主要な工程において、処理される型の素材を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the raw material of the type | mold processed in the main processes shown in FIG. 本実施の形態にかかる成形方法を実施できる光学素子の成形装置の断面図である。It is sectional drawing of the shaping | molding apparatus of the optical element which can implement the shaping | molding method concerning this Embodiment. 本実施の形態にかかる成形方法を示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the shaping | molding method concerning this Embodiment. 本実施の形態にかかる成形方法により成形される光学素子の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the optical element shape | molded by the shaping | molding method concerning this Embodiment. 本実施の形態にかかる成形方法により成形される光学素子の別の例を示す図である。It is a figure which shows another example of the optical element shape | molded by the shaping | molding method concerning this Embodiment. 図8(a)は、部材Aの加工に用いられる超精密旋盤の構成の一例を示す概略構成図であり、図8(b)は、図8(a)の超精密旋盤において使用されるダイアモンド工具の刃先の一例を示す斜視図である。FIG. 8A is a schematic configuration diagram showing an example of the configuration of an ultra-precision lathe used for machining the member A, and FIG. 8B is a diamond used in the ultra-precision lathe of FIG. 8A. It is a perspective view which shows an example of the blade edge | tip of a tool. 部材Aの加工に用いられる集束イオンビーム加工装置の構成の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of a structure of the focused ion beam processing apparatus used for the process of the member A. 電子ビーム描画装置の構成の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of a structure of an electron beam drawing apparatus. プラズマエッチング装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows a plasma etching apparatus. 本発明の概念を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the concept of this invention. 本発明の概念を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the concept of this invention. 本発明者らの行った実験結果を示す図である。It is a figure which shows the experimental result which the present inventors conducted. 本発明者らの行った実験結果を示す図である。It is a figure which shows the experimental result which the present inventors conducted.

符号の説明Explanation of symbols

1 下型
2 上型
3 可動型
4 ヒータ
10 型の素材
11a 第1のマーク(周溝)
11b 第2のマーク
100 超精密旋盤(SPDT加工装置)
200 集束イオンビーム加工装置
301 プラズマエッチング装置
401 電子ビーム描画装置

1 Lower mold 2 Upper mold 3 Movable mold 4 Heater 10 Mold material 11a First mark (circumferential groove)
11b Second mark 100 Super-precision lathe (SPDT processing equipment)
200 focused ion beam processing apparatus 301 plasma etching apparatus 401 electron beam drawing apparatus

Claims (9)

樹脂材料表面に押し当てることで成形するシリコンからなる型の処理方法において、
その型表面に酸素ガスを含むフッ素系ガス中におけるプラズマを利用してフッ素原子を固定した後に、前記型を水蒸気に曝す処理を行うことを特徴とする処理方法。
In the processing method of the mold made of silicon that is molded by pressing against the resin material surface,
A treatment method characterized in that after the fluorine atoms are fixed using plasma in a fluorine-based gas containing oxygen gas on the mold surface, the mold is exposed to water vapor .
前記成形の前に、前記型の表面を洗浄することを特徴とする請求項に記載の処理方法。 The method according to claim 1, characterized in that prior to the forming, cleaning the mold surface. 前記成形の前に、ドライエッチング装置を用いて前記型の表面形状を創成することを特徴とする請求項1又は2に記載の処理方法。 The processing method according to claim 1 or 2 , wherein the surface shape of the mold is created using a dry etching apparatus before the molding. 請求項1又は2に記載の処理方法により処理されていることを特徴とする型。 Type, characterized by being processed by the processing method according to claim 1 or 2. 請求項に記載の処理方法により処理されてなり、前記型の表面形状のアスペクト比が1以上である形状を有することを特徴とする型。 A mold having a shape which is processed by the processing method according to claim 3 and has an aspect ratio of 1 or more of the surface shape of the mold. 微細形状の奥までフッ素コートがなされた微細形状が形成された型を用いて樹脂素材を成形した後に、前記型を再生する再生方法であって、
前記型を洗浄するステップと、
前記型を、酸素ガスからなる第1の雰囲気に配置し、前記第1の雰囲気中でプラズマを生成するステップと、
前記型を、フッ素系ガス及び酸素ガスからなる第2の雰囲気に配置し、前記第2の雰囲気中でプラズマを生成するステップと、を有することを特徴とする再生方法。
A recycling method for regenerating the mold after molding a resin material using a mold in which a fine shape formed with a fluorine coat to the back of the fine shape is formed,
Washing the mold;
Placing the mold in a first atmosphere of oxygen gas and generating plasma in the first atmosphere;
And disposing the mold in a second atmosphere comprising a fluorine-based gas and an oxygen gas, and generating plasma in the second atmosphere.
前記型はシリコンで形成されていて、前記第2の雰囲気中でプラズマを生成した後、プラズマに曝された前記処理対象物の表面を水蒸気に曝すステップを有することを特徴とする請求項に記載の再生方法。 7. The method according to claim 6 , wherein the mold is formed of silicon, and after the plasma is generated in the second atmosphere, the surface of the processing object exposed to the plasma is exposed to water vapor. The playback method described. 微細形状の奥までフッ素コートがなされた微細形状が形成された一方向に回転する型を用いて樹脂素材を成形した後に、前記型を再生する再生装置であって、
前記型を洗浄する装置と、
第1の回転位置で、前記型の表面を酸素ガスからなる第1の雰囲気に曝し、前記第1の雰囲気中でプラズマを生成するアッシング装置と、
前記第1の回転位置より回転方向後よりの第2の回転位置で、前記型の表面をフッ素系ガス及び酸素ガスからなる第2の雰囲気に配置し、前記第2の雰囲気中でプラズマを生成するコート装置と、を有することを特徴とする再生装置。
A recycling apparatus that regenerates the mold after molding a resin material using a mold that rotates in one direction in which a fine shape formed with a fluorine coat to the back of the fine shape is formed,
An apparatus for cleaning the mold;
An ashing device for exposing the surface of the mold to a first atmosphere of oxygen gas at a first rotational position and generating plasma in the first atmosphere;
The mold surface is placed in a second atmosphere composed of a fluorine-based gas and an oxygen gas at a second rotational position after the rotational direction from the first rotational position, and plasma is generated in the second atmosphere. And a coating apparatus for performing the reproduction.
前記型はシリコンで形成されていて、前記第2の回転位置より回転方向後よりの第3の回転位置で、前記型の表面を水蒸気に曝す加水装置を有することを特徴とする請求項に記載の再生装置。 9. The mold according to claim 8 , wherein the mold is made of silicon, and has a hydration device that exposes the surface of the mold to water vapor at a third rotational position after the second rotational position and after the rotational direction. The reproducing apparatus as described.
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