JP4483145B2 - エッチング方法、光学素子の製造方法及び光学素子 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、エッチング方法に係り、特に光学素子の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、光通信用のボールレンズ、プリズム等及び光記録ディスクのピックアップ等の光学素子は機械加工で製造されてきた。
【0003】
しかしながら、光学素子の小型化に従いその製造が困難になりつつあると共に、電荷結合素子(CCD)及び液晶の前面に取りつけて光を集中、分配するレンズ配列素子(マイクロレンズアレー)等のように、機械加工では不可能な光学素子も登場している。
【0004】
更に、波長分割多重(WDM)光通信のように小型プリズム、回折格子及び光スイッチ等の光学素子を大量に必要とする分野も増大しており、従来の機械加工では困難であると共に、製造コストがかかり過ぎる等の問題も生じている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、このような光学素子を製造する方法として濃淡のある多階調マスク(グレースケールマスク)を利用したエッチング技術が提案されている。
【0006】
例えばある条件下では、レジスト膜の露光量に応じて現像後のレジスト膜の厚さが変化するので、グレースケールマスクを利用して露光すると露光量が部分毎に異なり、従って現像後のレジスト膜の厚さも部分毎に異なるので、結果としてマスクに応じた任意の形状をレジスト膜で製造することができる。
【0007】
このレジスト膜を基板と1:1の速度で垂直方向のみの異方性プラズマエッチングを行えば、任意の材料の基板にレジスト膜の形状を転写することが可能である。従って半導体プロセスであるフォトリソグラフィー及びドライエッチングを応用して、現在の半導体の設計寸法である0.5μm以下の精度及び範囲で形状加工することが可能になる。
【0008】
また、グレースケールマスクは銀を含有した特殊ガラスに、電子ビームを照射するとその照射量に応じてガラスの黒化量が異なることを利用して製造され、解像度は約0.1μmである。グレースケールマスクの濃度は光学濃度(吸収度)で表され、光学濃度=log10(透過率)−1なので、例えば透過率10%の濃度は光学濃度1、透過率1%では光学濃度2となる。通常のグレースケールマスクでの光学濃度の範囲は約0.15〜2.0であり、最小階調幅は約0.0092である。また、最大階調数は約200となる。
【0009】
更に、レジスト膜にグレースケールマスクを使用して露光する場合、ある光学濃度差に対して露光、現像後のレジスト膜の厚みがどれだけ変化するかが問題となる。ここで図19は感度直線の具体例(AZ P4903)を示すグラフであり、図に示すようにマスクの濃度を横軸に、露光、現像後のレジスト膜の厚さを縦軸に取ると測定値は直線に並ぶので、これを感度直線と呼でいる。
【0010】
また、図20は取れる階調を示すグラフであり、図に示すように、あるレジスト厚さtに対し、傾きaの場合は4階調しか取れないのに対し、傾きbでは6階調取れる。
【0011】
この傾きが小さい方が、あるレジスト膜の厚みに対して、階調数を多く取れるので有利である。
【0012】
しかし、感度直線の傾きはレジストによって決まっているので、使用するレジストが決まれば、ある厚みに対する階調数も決まる。例えば、クラリアントジャパンのレジスト、AZ P4620では1階調あたりの厚さは約0.1μmである。
【0013】
ここで図21は段差を表すグラフであって、実現したい形状に対し実際には曲面や斜面が段差約0.1μmの水平面で形成されることとなる。
【0014】
ところが光学素子の場合、表面形状の誤差が光の波長の5%程度、即ち約0.02μmにする必要があるので、上記の約0.1μmは誤差が大きく、結果として光の集光精度や分配能力が劣る事となる。
【0015】
これに対し、レジスト膜の露光、現像後にレジスト膜を加熱してレジスト膜の表面を溶かし、レジスト膜表面を滑らかにする方法が提案されているが、加熱しすぎるとレジスト膜全体が変形するなど制御に問題があった。
【0016】
このため、上記の方法によって製造された光学素子の応用は、精度をあまり必要としない分野、例えばユニットセルの小さなCCD及び液晶等に限定され、ピックアップのような光の回折限界まで焦点を小さくする必要のある光学素子には応用できなかった。
【0017】
本発明は、このような課題を解決するためになされるもので、光学素子の表面を滑らかにできるエッチング方法、光学素子の製造方法及び光学素子を提供することを目的としている。
【0018】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の主たる観点に係るエッチング方法は、(a)基板上に、階段状の表面を有するようにレジスト膜を形成する工程と、(b)前記形成されたレジスト膜の表面に等方性エッチングを施す工程と、(c)前記等方性エッチングがなされた後に、前記基板から前記レジスト膜を除去するように異方性エッチングを施す工程とを具備することを特徴とする。
【0019】
本発明では、等方性エッチングによりレジスト膜に形成された階段状の形状を滑らかにし、これを異方性エッチングによって基板に転写することとしたので、異方性エッチングのみによる場合に比べ、より滑らかで高精度な形状に形成が可能である。
【0020】
また、階段状の形状を熱処理する場合に比べ表面の微細な形成が可能となるので、非球面などの高精度な形状を製造できる。
【0021】
本発明の他の観点に係るエッチング方法は、(a)基板上に、階段状の表面を有するようにレジスト膜を形成する工程と、(b)前記形成されたレジスト膜の表面に異方性エッチングを施す工程と、(c)前記異方性エッチングがなされた後に、前記基板から前記レジスト膜を除去するように等方性エッチングを施す工程とを具備することを特徴とする。本発明では、異方性エッチングによりレジスト膜に形成された階段状の形状をある程度基板上から除去し、これを等方性エッチングによって滑らかにすることとしたので、レジスト膜に形成された全体の形状を大きく崩さず基板表面を滑らかにできる。
【0022】
本発明の一の形態によれば、前記レジスト膜が、濃淡のある多階調マスクにより形成されたものであることを特徴とする。これにより、濃淡のある多階調マスクにより任意の形状をレジスト膜で形成することができる。
【0023】
本発明の一の形態によれば、前記異方性エッチングと前記等方性エッチングとの選択を、印加されるバイアスの有無によることとしたことを特徴とする。これにより異方性エッチングと等方性エッチングの選択が極めて容易にできることとなりエッチングの迅速化も図れる。
【0024】
本発明の他の観点に係る光学素子の製造方法は、平板状の原材料にエッチングを施して光学素子を製造する方法において、(a)前記平板状の原材料上に、階段状の表面を有する凹部又は凸部を持つレジスト膜を形成する工程と、(b)前記形成されたレジスト膜の表面に等方性エッチングを施す工程と、(c)前記等方性エッチングがなされた後に、異方性エッチングを施して前記平板状の原材料から前記レジスト膜を除去する工程とを具備することを特徴とする。本発明では、等方性エッチングによりレジスト膜に形成された階段状の形状を滑らかにし、これを異方性エッチングによって基板に転写することとしたので、異方性エッチングのみによる場合に比べ、より滑らかで高精度な形状の光学素子の製造が可能である。
【0025】
また、階段状の形状を熱処理する場合に比べ表面の微細な形成が可能となるので、非球面などの高精度な形状の光学素子を製造できる。
【0026】
本発明の他の観点に係る光学素子の製造方法は、平板状の原材料にエッチングを施して光学素子を製造する方法において、(a)前記平板状の原材料上に、階段状の表面を有する凹部又は凸部を持つレジスト膜を形成する工程と、(b)前記形成されたレジスト膜の表面に異方性エッチングを施す工程と、(c)前記異方性エッチングがなされた後に、前記平板状の原材料から前記レジスト膜を除去するように等方性エッチングを施す工程とを具備することを特徴とする。本発明では、異方性エッチングによりレジスト膜に形成された階段状の形状をある程度前記平板状の原材料上から除去し、これを等方性エッチングによって滑らかにすることとしたのでレジスト膜に形成された全体の形状を大きく崩さず、表面が滑らかな光学素子を製造できる。
【0027】
本発明の一の形態によれば、前記レジスト膜が、濃淡のある多階調マスクにより形成されたものであることを特徴とする。これにより、濃淡のある多階調マスクにより任意の形状の光学素子をレジスト膜で製造することができる。
【0028】
本発明の一の形態によれば、前記異方性エッチングと前記等方性エッチングとの選択を、印加されるバイアスの有無によることとしたことを特徴とする。これにより、異方性エッチングと等方性エッチングの選択が極めて容易にできることとなり、光学素子の表面形成の迅速化も図れる。
【0029】
本発明の他の観点に係る光学素子は、請求項5から請求項8のうちいずれか1項に記載の光学素子の製造方法から製造されたことを特徴とする。本発明では、等方性エッチングによりレジスト膜に形成された階段状の形状を滑らかにするので、より高精度な形状の光学素子とすることが可能である。
【0030】
また、階段状の形状を熱処理する場合に比べ、表面の微細な形成が可能となるので、非球面などの高精度な形状の光学素子とすることできる。
【0031】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【0032】
図1は本発明の第1の実施の形態に係るレンズの表面形状を形成する場合における誘導結合型プラズマ反応性イオンエッチング(以下「ICP−RIE」という)装置の概略図である。
【0033】
図1に示すように、このICP−RIE装置1は、プラズマ2が生成される反応室3、プラズマを発生させる柱状コイル4、石英ガラス基板5及びレジスト膜6にバイアスを印加するバイアス用高周波電源(以下「RF」という)、柱状コイル4とRFとを制御する制御系7を備えている。
【0034】
反応室3内には、RFが接続された電極8が設けられており、電極8上に階段状の表面を有する凸部を持つレジスト膜6が形成された石英ガラス基板5が載置されている。
【0035】
ここで、電極8に印加されるバイアスは制御系7で制御され、電極8を通して石英ガラス基板5に例えばバイアス0Vあるいは、バイアス−100Vと選択的にバイアス電圧がかけられることとなる。
【0036】
これによって、極めて容易に異方性エッチングと等方性エッチングを選択できることとなる。
【0037】
また、反応室3の外部には柱状コイル4が設けられており、この柱状コイル4は制御系7によって例えば2.0MHzの高周波電流が流されることとなる。
【0038】
これによって、プラズマ生成用の高周波電源(図示せず)とRFとを独立して制御できることとなり、レンズ表面形成のための石英ガラス基板5の処理が正確に且つ迅速にできる。
【0039】
次に、上記したICP−RIE装置1を使ってエッチング方法、例えばレンズの表面形状を形成する場合について説明する。
【0040】
図2はグレースケールマスクの平面図、図3はグレースケールマスクを通してレジスト膜を露光する状態を示す断面図、図4は露光後に現像、洗浄したレジスト膜6を示す断面図、図5はレジスト膜の表面に等方性エッチングを施す場合の断面図、図6(a)〜(c)は等方性エッチングでレジスト膜が滑らかにされる説明図、図7は表面が滑らかな凸部を持つレジスト膜の断面図、図8は異方性エッチングを施す場合の断面図、図9はエッチング方法が終了した状態の断面図、図10はエッチングの工程を示すフローチャートである。
【0041】
最初に図2、図3及び図4に基づき(a)石英ガラス基板5上に、階段状の表面を有する凸部を持つレジスト膜6を形成する工程について説明する。
【0042】
まず、石英ガラス基板5にレジストを塗布する。
【0043】
次に、図2及び図3に示すように濃淡のある多階調マスクであるグレースケールマスク9を通してレジスト膜6を露光する。ここでグレースケールマスク9は、例えば図2に示すよう同心円状にA1〜A6の区域に分けられており、A1が一番薄くなっており中心に行くほど濃くなるように設けられた多階調マスクである。また、図3ではグレースケールマスク9の断面図において同じように両端のA1が一番薄くなっており、中心へ行くほど濃くなるように設けられている。
【0044】
次に、現像液で現像して露光した部分のレジスト膜を溶解し、次いで水洗い、乾燥を行う。
【0045】
以上により、図4に示すように石英ガラス基板5上に、ほぼ段差0.1μmの水平面で形成された階段状の表面を有する凸部を持つレジスト膜6が形成される。
【0046】
これにより、微細な形状のレジスト膜6がグレースケールマスク9で極めて容易に形成されることとなる。
【0047】
次に、図1、図5、図6(a)〜(c)及び図7に基づき(b)形成されたレジスト膜6の表面に等方性エッチングを施す工程について説明する。
【0048】
まず、図1に示すようにICP−RIE装置1の反応室3に(a)の工程により階段状の表面を有する凸部を持つレジスト膜6が形成された石英ガラス基板5を電極8上に載置する(ステップ101)。
【0049】
次に、反応室3内に所定のプラズマ生成用のガスが送入され(ステップ102)制御系7の制御下、柱状コイル4に高周波電流が流され反応室3内にプラズマ2が生成される(ステップ103)。
【0050】
更に、この状態で制御系7の制御下、石英ガラス基板5のバイアスをゼロとして、等方性エッチングをレジスト膜6の表面に施す(ステップ104)。
【0051】
これにより、図5に示すようにプラズマ2中のイオン粒子が階段状の表面を有する凸部を持つレジスト膜6の表面に対し、あらゆる方向に照射されることとなるので、階段状の表面が全体的にエッチングされ、滑らかな凸部を持つレジスト膜6を形成することができる(ステップ105)。
【0052】
上述のように等方性エッチングでは、元の形状が変化して突出部10が丸くなり、小さくなる特徴があるが、図6(a)〜(c)に基づいて以下に詳述する。
【0053】
まず、図6(a)に示すように、レジスト膜6の実際の凹凸の二乗平均誤差が最小になるように規格化された平均表面11を設定する。
【0054】
また、等方性エッチングのエッチング方向のベクトルは、平均表面11に対し垂直な方向(Y)と、水平な方向(X)の2種類に分けることができる。
【0055】
次に、図6(a)に示すように、平均表面11に対して垂直な方向のエッチングが起きる場合、これは異方性エッチングと同じ現象なので、レジスト膜6の表面の形状がそのまま転写される。
【0056】
次に、図6(b)に示すように、平均表面11に対して水平方向のエッチングが起きる場合、平均表面11から飛び出した所だけがエッチングで小さくなる。すなわち、図6(a)に示すように平均表面11からh1だけの高さがあった突出部10が、等方性エッチングにより図6(c)に示すように平均表面11からh1より小さいh2となる。
【0057】
以上により、(b)の工程が終了し図7に示すように表面が滑らかな凸部を持つレジスト膜6が、形成されることとなる。
【0058】
これによって、事実上グレースケールマスク9の階調が増えたのと同じ効果が得られる。この結果、レジスト膜6の表面の段差を通常の光学素子に必要とされている精度0.02μmを上回るように滑らかにできるので、より高精度な光学素子を製造することが可能となる。
【0059】
また、階調数が増えることにより非球面レンズの製造が容易になる効果がある。すなわち、非球面レンズは特に1枚の球面レンズ光学系で発生する球面収差を補正するのに大きな効果があるが、球面レンズとの形状の差は0.1μm程度と小さく、従来のグレースケールマスク9のみでは球面レンズと非球面レンズとの差を十分に表現できなかった。
【0060】
そこで等方性エッチングにより滑らかにすることと組み合わせることによって、非球面レンズの特徴を表すのに必要な面形状の精度を確保することができることとなり、非球面レンズの製造が容易になる。
【0061】
次に、図1及び図8に基づき(c)等方性エッチングがなされた後に、石英ガラス基板5からレジスト膜6を除去するように異方性エッチングを施す工程について説明する。
【0062】
まず、図1に示すように、ICP−RIE装置1の反応室3内の等方性エッチングによるエッチング生成物及び残留ガスが排気され、代わりのガスが送入される (ステップ106)。
【0063】
次に、制御系7の制御下柱状コイル4によって反応室3内にプラズマ2が生成される(ステップ107)。
【0064】
更に、この状態で制御系7の制御下、電極8を通して石英ガラス基板5にバイアスがかけられ異方性エッチングが施される(ステップ108)。
【0065】
すなわち、図8に示すようにプラズマ2中のイオン粒子が石英ガラス基板5の面に対し垂直方向に照射される。これによって、レジスト膜6の滑らかな表面を有する凸部がそのまま、石英ガラス基板5に転写されることとなる。
【0066】
以上により、(c)の工程が終了し図9に示すように全体的に滑らかな表面を有するレンズが、形成され(ステップ109) エッチング方法が終了することとなる。
【0067】
このように本実施形態によれば、等方性エッチングによりレジスト膜6に形成された階段状の形状を滑らかにし、これを異方性エッチングによって石英ガラス基板5に転写することとしたので、異方性エッチングのみによる場合に比べ、より滑らかで高精度な形状のレンズの製造が可能である。
【0068】
また、階段状の形状を熱処理する場合に比べ表面の微細な形成が可能となるので、非球面などの高精度な形状を製造できる。
【0069】
更に、異方性エッチングと等方性エッチングとの選択を、ICP−RIE装置1の電極8に印加されるバイアス電圧の有無によることとしたので、より異方性エッチングと等方性エッチングの選択が極めて容易にできることとなりレンズの表面形成の迅速化も図れる。
【0070】
また、電極8への電源をプラズマ生成用の電源と別々にしたのでレンズの表面形成を極めて精密に且つ迅速にできる。
【0071】
更に、石英ガラス基板5に比べ一般的に柔らかいレジスト膜6に等方性エッチングを施しその後、硬い石英ガラス基板5に異方性エッチングを施すこととしたので、レンズの形成が極めて速くできることとなる。
【0072】
次に、図11は本発明の第2の実施の形態に係るレンズの表面形状を形成する場合におけるレジスト膜に異方性エッチングを施すときの断面図、図12はレジスト膜に等方性エッチングを施す場合の断面図、図13は基板処理方法が終了した状態の断面図である。
【0073】
なお、図11から図13において第1の実施形態で示した図1から図9までにおける構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付すものとし、その説明を省略する。
【0074】
また、ICP−RIE装置は、第1の実施形態に係るICP−RIE装置1と同じ構成を有するのでその説明を省略する。
【0075】
次に、ICP−RIE装置1を使って、第1の実施形態の場合と異なり、異方性エッチングを施した後、等方性エッチングを施しレンズの表面形状を形成する場合について説明する。
【0076】
ここで(a)石英ガラス基板5上に、階段状の表面を有する凸部を持つレジスト膜6を形成する工程については、第1の実施形態の場合と同一である。
【0077】
次に、図1及び図11に基づき(b)形成されたレジスト膜6の表面に異方性エッチングを施す工程について説明する。
【0078】
まず、図1に示すようにICP−RIE装置1の反応室3に(a)の工程により階段状の表面を有する凸部を持つレジスト膜6が形成された石英ガラス基板5を電極8上に載置する。
【0079】
次に、反応室3内にプラズマ形成用のガスを送入し制御系7の制御下、柱状コイル4によって反応室3内にプラズマ2が生成される。
【0080】
更に、この状態で制御系7の制御下、電極8を通して石英ガラス基板5にバイアスがかけられ異方性エッチングが施される。
【0081】
これにより、図11に示すようにプラズマ2中のイオン粒子が、階段状の表面を有する凸部を持つレジスト膜6の表面に対し、垂直方向に照射されることとなるので、階段状の表面を有する凸部がそのまま維持され、レジスト膜6がある程度石英ガラス基板5から除去されることとなる。以上により(b)の工程が終了する。
【0082】
次に、図12に基づき(c)異方性エッチングがなされた後に、石英ガラス基板5からレジスト膜6を除去するように等方性エッチングを施す工程について説明する。
【0083】
まず、図1に示すように、ICP−RIE装置1の反応室3内の異方性エッチングによるエッチング生成物及び残留ガスが排気された後、代わりのガスが送入され、制御系7の制御下柱状コイル4によって反応室3内にプラズマ2が生成される。
【0084】
更に、この状態で制御系7の制御下、(b)の工程において電極8を通して石英ガラス基板5にバイアスがかけてあったのをゼロバイアスにして、等方性エッチングを石英ガラス基板5に施す。
【0085】
これにより、図12に示すようにプラズマ2中のイオン粒子が階段状の表面を有する凸部を持つレジスト膜6に対し、あらゆる方向に照射されることとなるので、階段状の表面が全体的にエッチングされ、石英ガラス基板5の表面も滑らかな凸部を有する表面とされる。
【0086】
すなわち、等方性エッチングでは、異方性エッチングと異なりプラズマ2中のイオン粒子がレジスト膜6の階段状の表面に対し、垂直方向(Y方向)のみならず水平方向(X方向)にも照射される。これによって、レジスト膜6面上に残っていた階段状の突出部10もエッチングされ、突出部10が小さくなり全体的に滑らかな表面となる。
【0087】
以上により、(c)の工程が終了し図13に示すように全体的に滑らかな表面を有するレンズが、石英ガラス基板5上に形成されエッチング方法が終了することとなる。
【0088】
このように本実施形態によれば、異方性エッチングによりレジスト膜6に形成された階段状の形状をある程度石英ガラス基板5上から除去し、これを等方性エッチングによって滑らかにすることとしたので、レジスト膜6に形成された全体の形状を大きく崩さず、滑らかな表面を有するレンズを形成できる。また、熱処理による場合に比べ表面の微細な形成が可能となるので、非球面などの高精度な形状を製造できる。
【0089】
更に、異方性エッチングと等方性エッチングとの選択を、ICP−RIE装置1の電極8に印加されるバイアスの有無によることとしたので、より異方性エッチングと等方性エッチングとの選択が極めて簡易にできることとなる。
【0090】
また、電極8への電源をプラズマ生成用の電源と別々にしたので、レンズの表面形成を極めて精密に且つ迅速に図れる。
【0091】
なお、本発明は上述したいずれの実施形態にも限定されず、本発明の技術思想の範囲内で適宜変形して実施できる。
【0092】
例えば、上述の実施形態では、グレースケールマスクとしてCanyon Materials Inc.のHEBSガラス、フォトレジストとしてクラリアントジャパン(株)のAZ P4903、レジスト膜6を滑らかにするのに使用するプラズマは酸素及び基板材料として石英ガラスを示したが、材料の種類は上記3種に限定されるものではない。
【0093】
例えば、グレースケールマスクとしてはNIPT Inc.等もある。更に写真乾板等のように濃淡があれば使用可能である。
【0094】
また、フォトレジストとしては、粘度が大きく厚塗りができてポジ型であれば適用可能であり例えば、クラリアントジャパン(株)のAZ P4400及びAZ P4620、東京応化工業(株)PMER P−LA900PM及びPMER P−LA1300PM及びJSR(株)のTHB−500P及びTHB−611P等がある。
【0095】
更に、滑らかにするためのプラズマはレジストの主成分で炭素と揮発性の化合物を生成する水素、窒素、酸化窒素、アンモニア、3フッ化窒素、6フッ化イオウ及び塩素等も適用可能である。
【0096】
また、基板材料としては、光を透過する材料で且つ復屈折がないか非常に弱く、反応性イオンエッチングが可能な材料であれば良い。例えば、赤外線用の光学素子としてはシリコン、ゲルマニウム、砒化ガリウム、リン化インジウム及び硫化カドミウム等があり、赤色光用としてはリン化ガリウム、セレン化亜鉛及び立方晶系炭化ケイ素等がある。
【0097】
更に、青色光用としては光学プラスチックスも可能であり、PPG社のCR−39、アクリル樹脂、ポリカーボネート、(株)ニコン等の含硫ウレタン樹脂及びHOYA(株)のテスラリッド(登録商標)等が挙げられる。
【0098】
また、無機材料としてはチタン−ニオブ含有光学ガラス、安定化ジルコニア、硫化亜鉛、窒化アルミニウム、窒化ガリウム及び六方晶系炭化ケイ素等がある。
【0099】
更に、このエッチング方法は光学素子そのものだけでなく、光学素子をプレスモールドで作成するのに使用する金型をグレースケールマスクとプラズマエッチングで製造する方法にも適用できる。すなわち、金型の形状(凹状)をしたレジスト膜の表面を等方性エッチングで滑らかにできる。金型はプラズマエッチングが可能で且つ硬度の大きな材料である必要があり、材料としては炭化ケイ素、炭化ホウ素、窒化ホウ素、炭化チタン、窒化チタン及び炭化タングステン等がある。
【0100】
また、上述の実施形態では、1つのICP−RIE装置1で等方性エッチングと異方性エッチングの両方を施したが、これに限られるものでなく例えば等方性エッチングと異方性エッチングとを、別々のICP−RIE装置1で施しても良い。
【0101】
これによって、ICP−RIE装置1のセットをどちらか一方に固定でき、よりエッチングのスピードアップが図れる。
【0102】
更には、等方性エッチングと異方性エッチングとを別々の例えば、平行平板型プラズマエッチング装置等によっても良い。これによって、より制御が簡単になる。
【0103】
次に、本発明の効果を確認するための実施例を説明する。
【0104】
(第1実施例)
まず、石英ガラス基板5(直径50.8mm)にポジ型フォトレジストAZ P4903(クラリアントジャパン(株)製)をスピンコーター(ミカサ(株)製)で膜厚17μmに塗布し、ホットプレートで3分間加熱した。
【0105】
その後、ステッパー(ニコン(株)製)でCanyon MaterialsInc.製グレースケールマスクを通して露光した。
【0106】
このグレースケールマスクの階調数は64であり、光源波長は0.432μm、露光量は200mJ/cm2である。
【0107】
次に、4:1に希釈した現像液AZ400K(クラリアントジャパン(株)製で主成分は水酸化カリウム水溶液)で現像して露光した部分のレジスト膜を溶解し、次いで水洗い、乾燥を行った。
【0108】
このレジスト膜6の形状を干渉顕微鏡NewView100(zygo Inc.)で測定した断面を図14に示した。
【0109】
この図14によれば、レジスト膜6の断面がほぼ階段状になっていることが良く分かった。
【0110】
次に、このレジスト膜6の付着した石英ガラス基板5をICP−RIE装置1(イギリスSTS社製)にいれた。
【0111】
そこで、圧力を1.33Pa、酸素の流量6×10−4m3/h、プラズマに対する電力1500W及び基板バイアス0Vに維持して等方性エッチングを5分間施した。この際、石英ガラス基板5のバイアスが0Vでないと異方性エッチングになるので注意を要する。
【0112】
この後、石英ガラス基板5を反応室3の外に出し、レジスト膜6の形状を干渉顕微鏡NewView100(zygo Inc.)で測定して得た断面図が図15に示された。
【0113】
ここで、等方性エッチング前のレジスト膜6が図14であり、これと図15とを比較すると、かなり段差が除かれたことがわかった。すなわち、等方性エッチングを施したことによってレジスト膜6の表面を、滑らかにすることができたことがこれによって良くわかった。
【0114】
(第2実施例)
第1実施例と同一のグレースケールマスクを使用してポジ型フォトレジストAZ P4903(クラリアントジャパン(株)製)にレンズ形状を形成した。
【0115】
次に、このレジスト膜6の付着した石英ガラス基板5をICP−RIE装置1(イギリスSTS社製)にいれた。
【0116】
そこで、圧力を1.33Pa、酸素の流量6×10−4m3/h、プラズマに対する電力1500W及び基板バイアス0Vに維持して等方性エッチングを5分間施した。
【0117】
更に、同じ装置の中で圧力1.33Pa、4フッ化炭素の流量を12×10−4m3/h、酸素の流量6×10−4m3/h、プラズマに対する電力1500W及び基板バイアス−100Vに維持して異方性エッチングを30分間施した。
【0118】
この条件ではレジスト膜6と石英ガラス基板5とのエッチング速度が等しく、レジスト膜6の形状が石英ガラス基板5に転写され、したがって石英ガラス基板5にレンズ形状が形成された。
【0119】
このレンズにレーザ光を入射させて得られた焦点像を表す写真が図16である。
【0120】
(第3実施例)
第3実施例では、第2実施例とレジスト膜6の形状が非球面レンズになるように設計したグレースケールマスクを使用した以外は同じである。
【0121】
すなわち、露光、現像後のレジスト膜6を同じように酸素プラズマを使用して、等方性エッチングをレジスト膜6に施し、更に異方性エッチングによりレジスト膜6の滑らかな形状を石英ガラス基板5に転写してレンズを作成した。
【0122】
図17がこのレンズにレーザ光を入射させて得られた焦点像を表す写真である。
【0123】
(比較例)
第2実施例と同じようにグレースケールマスクを使用して、レジスト膜6に対し露光、現像を行った。
【0124】
次に、ICP−RIE装置に入れた後、等方性エッチングを施さずに4フッ化炭素と酸素の混合プラズマで、レジスト膜6と石英ガラス基板5とを1:1の割合で垂直方向のみの異方性エッチングを施した。
【0125】
この場合、条件は第2の実施例と同じであり、レジスト膜6の形状が石英ガラス基板5に転写され、レンズが石英ガラス基板5に形成された。
【0126】
このレンズにレーザ光を入射させて得られた焦点像を表す写真が図18である。
【0127】
まず図16と図18とを比較すると、等方性エッチングによりレジスト膜6を滑らかにし更に異方性エッチングを施した第2の実施例に係る図16のほうが、異方性エッチングによりレジスト膜6の階段状の形状をそのまま転写した比較例に係る図18の場合より焦点像が小さく、すなわち収差が少なくなったことが分かった。
【0128】
次に、図17と図16を比較すると、レジスト膜6の形状が非球面レンズになるように設計したグレースケールマスクを使用した第3の実施例に係る図17の焦点像のほうが通常のグレースケールマスクを使用した第2の実施例に係る図16の焦点像よりも更に小さくなった。このことは図17に係るレンズの方が収差が少なくなったことを意味する。
【0129】
従って、グレースケールマスクによる露光、現像によってレジスト膜に形成した階段状の表面を、酸素プラズマ等で等方性エッチングを施すことによって、非球面形状等のより高精度な形状の光学素子を製造できることが明確となった。
【0130】
また、高精度な光学素子を製造できることにより、レンズ関連では電荷結合素子(CCD)のオンチップマイクロレンズの集光効率の向上によるCCDの感度が向上できる。感度が向上すれば、CCDの画素数の増大及びCCDの小型化が可能になる。
【0131】
更に、レンズ関連では液晶用マイクロレンズアレーの光分配効率の向上による投映像の高精細化できる。また、レーザ投射ディスプレイでは、レーザアレイから出るレーザ光の成形の高効率化ができる。更に光記録ディスクのピックアップの高精度化による記録密度の向上等できる。
【0132】
また、波長分割多重(WDM)光通信の分野では、プリズム及び回折格子等の光学素子の高精度化により、多重できる波長数の増大及び素子そのものの小型化ができる。
【0133】
更に、光導波路の高精度化により、光スイッチの小型化及び多重できる波長数の増大を図れる。これらを通して通信速度の増大、ひいては情報ビット単価の軽減及び装置の小型化、低価格化が可能となる。
【0134】
また、光学素子に限らず例えば、マイクロマシンでも、基板に対して斜めに傾いた面を持つ歯車、ミラーの表面の高度精度化に有効であって、マイクロマシンの高信頼化につながる。
【0135】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば滑らかなレジスト表面と基板表面を形成でき、より高精度の光学素子を製造できることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る誘導結合型プラズマ反応性イオンエッチング装置を示す概略図である。
【図2】本発明の実施形態に係るグレースケールマスクの平面図である。
【図3】本発明の実施形態に係るグレースケールマスクを通してレジスト膜を露光する状態の断面図である。
【図4】本発明の実施形態に係る露光後に現像、洗浄したレジスト膜6を示す断面図である。
【図5】本発明の実施形態に係るレジスト膜の表面に等方性エッチングを施す場合の断面図である。
【図6】本発明の実施形態に係る等方性エッチングでレジスト膜が滑らかにされる説明図である。
【図7】本発明の実施形態に係る表面が滑らかな凸部を持つレジスト膜の断面図である。
【図8】本発明の実施形態に係る異方性エッチングを施す場合の断面図である。
【図9】本発明の実施形態に係る基板処理方法が終了した状態の断面図である。
【図10】本発明の実施形態に係るエッチングの工程を示すフローチャートである。
【図11】本発明の第2の実施形態に係るレンズの表面形状を形成する場合におけるレジスト膜に異方性エッチングを施すときの断面図である。
【図12】本発明の第2の実施形態に係るレジスト膜に等方性エッチングを施す場合の断面図である。
【図13】本発明の第2の実施形態に係る基板処理方法が終了した状態の断面図である。
【図14】本発明の第1実施例に係る露光後のレジスト膜の形状を干渉顕微鏡NewView100(zygo Inc.)で測定した断面図である。
【図15】本発明の第1実施例に係る等方性エッチングした後のレジスト膜の形状を干渉顕微鏡NewView100(zygo Inc.)で測定した断面図である。
【図16】本発明の第2実施例に係るレンズにレーザ光を入射させて得られた焦点像を表す写真である。
【図17】本発明の第3実施例に係るレンズにレーザ光を入射させて得られた焦点像を表す写真である。
【図18】本発明の比較例のレンズにレーザ光を入射させて得られた焦点像を表す写真である。
【図19】レジストの感度直線の具体例(AZP4903)を示すグラフである。
【図20】レジストの取れる階調を示すグラフである。
【図21】レジストの段差を表すグラフである。
【符号の説明】
1 ICP−RIE装置
2 プラズマ
3 反応室
4 柱状コイル
5 石英ガラス基板
6 レジスト膜
7 制御系
8 電極
9 グレースケールマスク
10 突出部
11 平均表面
Claims (6)
- (a)基板上に、階段状の表面を有するようにレジスト膜を形成する工程と、
(b)反応室内で前記基板を支持する電極にバイアスをかけずに、前記反応室内で前記レジスト膜の階段状の表面に等方性エッチングを施す工程と、
(c)前記等方性エッチングがなされた後に、前記電極のバイアスを切り替え、前記電極にバイアスをかけて、前記反応室内で前記基板から前記レジスト膜を除去するように異方性エッチングを施す工程と
を具備するエッチング方法。 - (a)基板上に、階段状の表面を有するようにレジスト膜を形成する工程と、
(b)反応室内で前記基板を支持する電極にバイアスをかけて、前記反応室内で前記レジスト膜の階段状の表面に異方性エッチングを施す工程と、
(c)前記異方性エッチングがなされた後に、前記電極のバイアスを切り替え、前記電極にバイアスをかけずに、前記基板から前記レジスト膜を除去するように等方性エッチングを施す工程と
を具備するエッチング方法。 - 請求項1又は請求項2に記載のエッチング方法において、
前記レジスト膜が、濃淡のある多階調マスクにより形成されたものである
エッチング方法。 - 平板状の原材料にエッチングを施して光学素子を製造する方法において、
(a)前記平板状の原材料上に、階段状の表面を有する凹部又は凸部を持つレジスト膜を形成する工程と、
(b)反応室内で前記平板状の原材料を支持する電極にバイアスをかけずに、前記反応室内で前記レジスト膜の階段状の表面に等方性エッチングを施す工程と、
(c)前記等方性エッチングがなされた後に、前記電極のバイアスを切り替え、前記電極にバイアスをかけて、前記反応室内で前記平板状の原材料から前記レジスト膜を除去するように異方性エッチングを施す工程と
を具備する光学素子の製造方法。 - 平板状の原材料にエッチングを施して光学素子を製造する方法において、
(a)前記平板状の原材料上に、階段状の表面を有する凹部又は凸部を持つレジスト膜を形成する工程と、
(b)反応室内で前記平板状の原材料を支持する電極にバイアスをかけて、前記反応室内で前記レジスト膜の階段状の表面に異方性エッチングを施す工程と、
(c)前記異方性エッチングがなされた後に、前記電極のバイアスを切り替え、前記電極にバイアスをかけずに、前記反応室内で前記平板状の原材料から前記レジスト膜を除去するように等方性エッチングを施す工程と
を具備する光学素子の製造方法。 - 請求項4又は請求項5に記載の光学素子の製造方法において、
前記レジスト膜が、濃淡のある多階調マスクにより形成されたものである
光学素子の製造方法。
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