JP5865145B2 - Concave micropattern forming method and concave micropattern substrate - Google Patents
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Description
本発明は、マイクロレンズを含む凹型微細パターンであって、特に基板表面に傾斜面を有する凹型パターンを形成し、その後その凹型パターン部に対して埋め込み(穴埋め)を実施して基板表面を平坦化(フラット化)する形状の凹型微細パターン形成基板を形成する凹型微細パターン形成方法の技術分野に属する。またその方法を用いて形成される凹型微細パターン基板およびマイクロレンズおよびマイクロレンズアレイの技術分野に属する。本発明において、凹型微細パターンとは、凹部を含む微細パターンをいう。 The present invention is a concave fine pattern including a microlens, and in particular, a concave pattern having an inclined surface is formed on the substrate surface, and then the concave pattern portion is embedded (filled) to flatten the substrate surface. The present invention belongs to the technical field of a concave fine pattern forming method for forming a concave fine pattern forming substrate having a shape to be flattened. Further, the present invention belongs to the technical field of a concave fine pattern substrate, a microlens, and a microlens array formed by using the method. In the present invention, the concave fine pattern refers to a fine pattern including a concave portion.
プロジェクタ等の電気光学装置などでは、その装置に用いられる液晶パネル等の液晶デバイスの各画素において、実際に表示に寄与し得る光が透過したり反射したりする領域は、各種配線や電子素子等の存在によって本質的に限られている。そこで、従来は、例えば、液晶パネル等の液晶デバイスにおいて、各画素に対応する凸型マイクロレンズや凹型マイクロレンズを所定の位置に配列したマイクロレンズアレイを液晶層の対向基板に作り込んだり、マイクロレンズアレイ基板を対向基板に貼り付けたりして、液晶層に入射される光量を画素単位で集光するようにしている。電気光学装置においてマイクロレンズアレイを利用することにより、各画素の開口領域内に光束が導かれるようにした結果、明るい表示が可能となる。このようなマイクロレンズアレイを形成する技術は、微細化のための技術を用いることにより、レンズ形状精度や形成工程の効率化などが求められる。マイクロレンズやマイクロレンズアレイの利用分野は、電気光学装置の小型化や光利用効率の向上に対応する分野も含めて将来的にも広がるものである。 In an electro-optical device such as a projector, in each pixel of a liquid crystal device such as a liquid crystal panel used in the device, an area where light that can actually contribute to display is transmitted or reflected is various wirings, electronic elements, etc. Is essentially limited by the presence of. Therefore, conventionally, for example, in a liquid crystal device such as a liquid crystal panel, a microlens array in which convex microlenses and concave microlenses corresponding to each pixel are arranged at predetermined positions is formed on a counter substrate of a liquid crystal layer, A lens array substrate is attached to a counter substrate, and the amount of light incident on the liquid crystal layer is collected in units of pixels. By using the microlens array in the electro-optical device, the luminous flux is guided into the aperture region of each pixel, so that bright display is possible. The technique for forming such a microlens array is required to improve the lens shape accuracy and the efficiency of the forming process by using a technique for miniaturization. The fields of use of microlenses and microlens arrays will expand in the future, including fields that deal with the miniaturization of electro-optical devices and the improvement of light utilization efficiency.
従来例の技術として、マイクロレンズ等の微細構造のマイクロレンズを1次元もしくは2次元にアレイ配列した微細パターンを有する構造物を形成するための形成方法は、種々提案されている。 As conventional techniques, various forming methods for forming a structure having a fine pattern in which microlenses having a fine structure such as a microlens are arrayed one-dimensionally or two-dimensionally have been proposed.
特許文献1では、透明な基板上における、成膜工程と、光パターニング工程と、光照射工程と、加熱工程と、エッチング工程を有する技術が開示されている。例えば、成膜工程は、透明な基板上に熱変形性の感光性材料による均一な厚さの膜を形成する工程、光パターンニング工程は、マイクロレンズアレイにおける各レンズとその配列に応じたパターンに従い、熱変形性の感光材料による均一な厚さの膜を光パターニングする工程、光照射工程は、光パターニングされた上記膜の全面に光照射を行う工程で、膜内の線形分子を光エネルギーにより切断するために行われ、照射する光の種類(波長領域や強度)は、膜の材料や形態に応じ線形分子をどの程度まで切断するかにより決定される。加熱工程は、光照射された上記膜を熱変形温度に加熱し、感光性材料の熱変形性と表面張力により、滑らかな凸面形状を持った感光材料のアレイ配列を形成する工程である。エッチング工程は、アレイ配列を形成された面に対してドライエッチングを行い、上記凸面形状のアレイ配列を上記基板に彫り写すことにより、所望の屈折率面形状及びそのアレイ配列状態を基板に形成する工程を備えた技術である。
特許文献2では、透明な基板上に、熱変形性の感光性材料による均一な厚さの膜を形成する成膜工程と、形成されるマイクロレンズアレイにおける各レンズとその配列に応じたパターンに従って上記膜を光パターンニングする工程と、上記膜を熱変形温度に加熱し、感光性材料の熱変形性と表面張力により、滑らかな凸面形状を持った感光性材料のアレイ配列を形成する加熱工程と、ドライエッチングを行い、上記凸面形状のアレイ配列を上記基板に彫り写すことにより、所望の屈折率面形状及びそのアレイ配列状態を上記基板に形成するエッチング工程とを有する技術が開示されている。特許文献1では、光パターニングされた上記膜の全面に光照射を行い、膜内の線形分子を光エネルギーにより切断するために行われる光照射工程を加えているが、特許文献2では、この光パターニングされた感光性材料に対する上記光照射工程は、省略されている。光パターンニングにて特許文献1の光照射と同様の効果が得られることが考えられる。
In Patent Document 2, a film forming step for forming a film having a uniform thickness on a transparent substrate with a heat-deformable photosensitive material, and a pattern corresponding to each lens in the formed microlens array and the arrangement thereof are performed. A process of photopatterning the film, and a heating process of heating the film to a thermal deformation temperature to form an array of photosensitive materials having a smooth convex shape by the thermal deformation and surface tension of the photosensitive material. And an etching process for forming a desired refractive index surface shape and the array arrangement state on the substrate by performing dry etching and engraving the array arrangement of the convex shape on the substrate. . In
特許文献3では、レーザCVD法を利用して、両凸もしくはメニスカスタイプのマイクロレンズやマイクロレンズアレイを作成する技術が開示されている。このレーザCVD法によるマイクロレンズ形成方法は、材料ガスの選択により屈折率のレンジを広くできる、レーザビームの絞り込みによって、レンズ径の縮小が可能である、マスクプロセスを介する必要がない等の特徴がある。具体的な方法として、ビームスプリッタにより分割されたレーザビームをCVDセル内に配置した基板の表裏両面に導き、基板の表裏両面を同時に加工するものであり、基板表裏に両凸レンズが形成される技術が開示されている。また、レーザ光源を分割するビームスプリッタにより分割された一方のビームを基板の一面に向かわせ、他方のビームを基板の多面に向かわせる光学系とを備え、各ビームに対応して集光レンズを配置し、CVDセル内には位置調整可能な基板ホルダーに前記基板を支持するマイクロレンズ形成装置に係る技術が開示されている。基板ホルダーに固定された基板の右側の面を凹面加工し、同基板の左側の面に凸レンズを形成してメニスカスレンズを形成する技術やマイクロレンズアレイのピッチ相当量、基板ホルダーを移動させてレンズアレイを形成する技術が開示されている。この技術は、基板表裏面に直接レーザビームを導いて加工する技術であり、基板表面に対するマスク形成プロセスを介する必要性がない。
上記特許文献1〜3による微細パターンの形成方法で微細なパターンのマイクロレンズ等のパターンを形成し、その後、微細なパターンを形成した基板の表面を成膜物質による埋め込み層で被覆して表層として平坦化し、さらにこの表層に平坦化層を積層して平坦化することにより、基板表面全体が平坦化(フラット化)された形状の製品を形成することも可能となる。
A pattern such as a microlens having a fine pattern is formed by the method for forming a fine pattern according to
特許文献1では、基板上に、熱変形性の感光性材料による均一な厚さの膜を形成する成膜工程と、光パターニング工程と、光照射工程と、加熱工程と、エッチング工程を有する技術が開示されている。特許文献1の技術は、微細パターンの形成工程がマスク層を介して行うことにより複雑かつ多くの工程を経るため、作製のための時間や工数が掛かるという問題がある。
In
特許文献2では、基板上に、熱変形性の感光性材料による均一な厚さの膜を形成する成膜工程と、光パターンニングする工程と、加熱工程と、エッチング工程とを有する技術が開示されている。特許文献1では、光パターニングされた上記膜の全面に光照射を行い、膜内の線形分子を光エネルギーにより切断するために行われる光照射工程を加えているが、特許文献2では、この光パターニングされた感光性材料に対する上記光照射工程は、省略されている。光パターンニングにて同様の効果が得られることが考えられる。特許文献2の技術は、微細パターンの形成工程がマスク層を介して行うことにより複雑で多くの工程を経るため、作製のための時間や工数が掛かるという問題がある。
Patent Document 2 discloses a technique including a film forming process for forming a film having a uniform thickness on a substrate using a heat-deformable photosensitive material, a process for photopatterning, a heating process, and an etching process. Has been. In
特許文献3では、レーザCVD法を利用して、両凸もしくはメニスカスタイプのマイクロレンズやマイクロレンズアレイを作成する技術が開示されている。このCVD法によるマイクロレンズ形成方法は、材料ガスの選択により屈折率のレンジを広くできる、レーザビームの絞り込みによって、レンズ径の縮小が可能である、マスクプロセスを介する必要がない等の特徴がある。特許文献3の技術は、基板表裏面に直接レーザビームを導いて加工する技術であり基板表面に対するマスク形成プロセスを介する必要性がない。
特許文献3の技術において、レーザCVD法による微細パターンの形成工程は、マスク層を介して行うことなく、直接基板表面に微細パターンを形成することができるが、レーザビームによる描画的手法を用いる作製のため、微細パターンを有する基板を大量に作製するには不向きな場合があるという問題があった。
In the technique of
このように、特許文献1〜2の技術は、マスク層を介してマイクロレンズを製作する内容であり、特許文献1〜2の技術は、透明な材料の基板上に、感光性材料によるマスク層を形成し、このマスク層に光照射により微細なパターンを露光・パターンニングを行って形成し、微細なパターンを感光性材料層を加熱することにより、所望のマイクロレンズやマイクロレンズアレイを形成するためのマスク層を形成し、このマスク層のレンズ形状を透明な材料の基板上に彫り写すという工程を経て、マイクロレンズやマイクロレンズアレイを形成する技術であるので、作成工程が複雑でかつ長いという問題があった。特許文献3の技術は、マスク層を介することなく、直接、透明な材料の基板上にマイクロレンズを作製する技術である。 特許文献3の技術において、レーザCVD法による微細パターンの形成工程は、マスク層を介して行うことなく、直接基板表面に微細パターンを形成することができるが、レーザビームによる描画的手法を用いる作製のため、微細パターンを有する基板を大量に作製するには不向きな場合があるという問題があった。
As described above, the techniques of
特許文献1〜3に係る従来技術は、マイクロレンズの形成方法に適用された技術であるが、微細パターン形成の際に長い工程や多くの加工工数を必要としたり、生産効率に劣るという問題がある。本発明者は、基板上にマスク層を介して、マイクロレンズ等を形成するための凹部を含む凹型微細パターンを形成する技術と、その後、基板上を成膜物質の何らかの層で埋め込み(穴埋め)成膜を実施するとともに、基板表面に表層を設け、さらにこの表層を平坦化するという工程を経て、上記凹型微細パターン内に成膜物質が埋め込まれた構造の基板を作製する技術を検討した。そして、マイクロレンズに適用可能な凹型構造を含有する凹型微細パターンを有する基板の構造および形成方法に係る本発明に至った。 Although the prior art which concerns on patent documents 1-3 is the technique applied to the formation method of a micro lens, there exists a problem that it is inferior in production efficiency, requiring a long process and many process steps in the case of fine pattern formation. is there. The present inventor has a technique for forming a concave fine pattern including a concave portion for forming a microlens or the like on a substrate via a mask layer, and then filling the substrate with any layer of a film-forming substance (filling). A technique for fabricating a substrate having a structure in which a film-forming substance is embedded in the concave fine pattern was studied through the steps of forming a film, providing a surface layer on the substrate surface, and further planarizing the surface layer. And it came to this invention which concerns on the structure and formation method of a board | substrate which has a concave fine pattern containing the concave structure applicable to a microlens.
本発明者は、当初、図4のフローに示すように図4(a)〜図4(f)の工程で凹型微細パターンを形成する方法を検討した。図では、構成部材の断面部分を簡略的に表現した。図4(a)に示すように、例えば光学ガラスや石英等の透明な材料により構成される基板11表面にフォトレジストのような感光材料からなるマスク層を全面に積層し、所望の形状のマスクパターンをフォトリソグラフィあるいはインプリントで形成し、次に特許文献4に記載されているような斜め露光法により、マスク層の上面側と下面側で寸法が異なる逆台形状のマスク層12としての微細パターンを形成する。特許文献4の図3において形成されるマスク層は台形状のマスク形状となっているが、露光時の遮光マスク部材の配置により、逆台形状の微細パターン形成用マスク層を形成することができる。次に、図4(b)に示すように、真空成膜装置により、第1の成膜材料を基板11の表面に成膜し、第1の材料による第1の成膜層14を形成する。このとき、第1の成膜層14には、逆台形状のマスク層12により、凹型微細パターンが形成される。成膜材料がマスク層12の形状に沿って基板11表面に成膜されることにより、厚さ分布が異なる凹部が形成される。次に図4(c)に示すように、マスク層12を感光材料リムーバー等を用いて基板11表面から除去することにより、第1の成膜層14に、凹型微細パターン13が形成される。図4(d)に示すように、凹型微細パターン13の開口部分を開口させた第2のマスク層15をフォトレジストのような感光材料を用いて形成する。さらに第2の成膜材料を基板11の表面に第2のマスク層15の開口部を介して、同開口部を埋め込むように成膜することにより、第2の成膜材料による第2の成膜層16を形成する。この第2のマスク層15の開口部を介して第2の成膜層を形成する技術は、特許文献5の図2に示すように感光体材料で構成されたマスク層15の開口部内に成膜することが可能な技術である。図4(e)に示すように、第2のマスク層15を感光材料リムーバー等を用いて基板11表面から除去することにより、図4(b)で形成された凹型微細パターンの凹部に第2の成膜材料が埋め込まれた凹型微細パターン13が形成される。次に図4(f)に示すように、第2あるいは第3の成膜材料を基板11表面に成膜する。この基板11の表面を平坦化する成膜工程を加えることにより、凹型微細パターン13を形成した基板11が形成される。
The inventor initially studied a method of forming a concave fine pattern in the steps of FIGS. 4A to 4F as shown in the flow of FIG. In the figure, the cross-sectional parts of the constituent members are simply expressed. As shown in FIG. 4A, for example, a mask layer made of a photosensitive material such as a photoresist is laminated on the entire surface of a
凹型微細パターン13は、基板11を透明材料より構成される透明基板とすることにより、微細パターン形成した裏面側から基板に入射される光ビームに対して、凹型マイクロレンズとして作用することが可能であり、各凹部を所望のピッチで凹型レンズとして配置することにより、マイクロレンズアレイとして用いることが可能となる。使用される光ビームの波長の種類により可視光線以外の、例えば赤外線に対して透明な材料(例えばSi)を用いた基板であってもよい。
The
上述の本発明に係る検討段階の技術では、所定の凹部等の形状を創生したい基板上の成膜部材に対し、所望の形状のマスクパターンをフォトリソグラフィあるいはインプリントで形成、マスク形状を利用し、真空成膜技術を用いる成膜工程、被加工基板を真空成膜装置から取り出して、マスク層を除去した後に、凹部の埋め込みのために再度真空成膜装置による成膜を行う工程が必要があり、同一チャンバー内で連続した成膜形成を行うことができず、工程数が多くなるため、製造に係るコストが高くなってしまうという問題があった。 In the above-described technique at the examination stage according to the present invention, a mask pattern having a desired shape is formed by photolithography or imprint on a film forming member on a substrate on which a shape such as a predetermined recess is to be created, and the mask shape is used. In addition, there is a need for a film forming process using vacuum film forming technology, a process of removing a mask substrate from a vacuum film forming apparatus, removing a mask layer, and then performing a film forming process again using a vacuum film forming apparatus to fill a recess. There is a problem that continuous film formation in the same chamber cannot be performed, and the number of steps increases, which increases the cost of manufacturing.
本発明は、係る事情の下になされたもので、同一真空成膜装置のチャンバー内における連続した一回の成膜プロセスで、簡便にこのようなパターン形成+埋め込み(穴埋め)・平坦化を実施することが可能な、凹型微細パターンを有する基板を形成するプロセスを提供することを目的とするものである。 The present invention has been made under such circumstances, and such pattern formation + embedding (hole filling) / planarization can be easily performed by a single continuous film forming process in the chamber of the same vacuum film forming apparatus. An object of the present invention is to provide a process for forming a substrate having a concave fine pattern.
上記目的を達成するために、本発明は、請求項1に記載のとおり、透明な材料からなる透明基板を準備する工程と、前記透明基板に形成する微細パターンに対応する第1の開口部と第1の閉口部を有する第1のマスクと、前記第1の開口部と閉口部が逆のパターンとなる第2の開口部と第2の閉口部を有する第2のマスクとを準備する工程と、真空成膜装置内に前記透明基板の表面と前記第1のマスクを離間して該透明基板と該マスクを載置する工程と、
該真空成膜装置内で該透明基板および該マスクに対向する側から第1の成膜物質を真空成膜する第1の成膜工程と、該第1の成膜工程により該透明基板の第1のマスクの第1の閉口部の直下部に第1の成膜物質層の凹部を形成する工程と、第1のマスクを除去する工程と、
該真空成膜装置内に前記透明基板の表面と前記第2のマスクを離間し、かつ前記第1の成膜物質層の凹部に前記第2の開口部が整合するように該透明基板と該マスクを載置する工程と、該真空成膜装置内で該マスクおよび該透明基板に対向する側から第2の成膜物質を真空成膜する工程と、前記第1の成膜物質層の凹部を前記第2の成膜物質で埋め込む工程と、第2のマスクを除去する工程と、を有する凹型微細パターン形成方法である。
In order to achieve the above object, the present invention provides a transparent substrate made of a transparent material and a first opening corresponding to a fine pattern formed on the transparent substrate, as described in
A first film forming step of forming a first film forming material in a vacuum form from the side facing the transparent substrate and the mask in the vacuum film forming apparatus, and a first film forming step of the transparent substrate by the first film forming step. Forming a concave portion of the first film-forming material layer immediately below the first closing portion of the first mask, removing the first mask,
The transparent substrate and the second mask are spaced apart from the surface of the transparent substrate in the vacuum film-forming apparatus, and the second opening is aligned with the recess of the first film-forming material layer. A step of placing a mask, a step of vacuum-depositing a second film-forming material from the side facing the mask and the transparent substrate in the vacuum film-forming apparatus, and a recess of the first film-forming material layer Is a method of forming a concave fine pattern, which includes a step of embedding a second film-forming substance and a step of removing the second mask.
本発明は、真空蒸着装置、真空スパッタリング装置、指向性CVD装置等の真空成膜装置を用いた装置チャンバー内での成膜時に、基板の被成膜面上に、被成膜面と離間させて任意のマスクを設置することで、マスクのパターン開口部を経由してマスク下部において、成膜物質が基板表面側に沿って回り込むことを利用して被加工基板表面に形成した成膜層に傾斜面を有する凹部状の凹型微細パターンを形成する技術を基本とするものである。この成膜物質のマスクによる回り込み現象を生じさせるためには、基板表面側にかつ基板表面の法線に平行な方向に成膜材料が成膜されるような構成の真空成膜装置を用いることが必要である。また、成膜材料を複数種類成膜するため、真空成膜装置における成膜材料を供給するターゲットを変更可能な構成とすることが必要である。 In the present invention, when a film is formed in an apparatus chamber using a vacuum film forming apparatus such as a vacuum deposition apparatus, a vacuum sputtering apparatus, or a directional CVD apparatus, the substrate is separated from the film forming surface on the film forming surface. By installing an arbitrary mask, the film formation material is formed on the surface of the substrate to be processed using the fact that the film formation material wraps around the substrate surface at the lower part of the mask via the pattern opening of the mask. This is based on a technique for forming a concave concave fine pattern having an inclined surface. In order to generate the wraparound phenomenon due to the mask of the film forming substance, use a vacuum film forming apparatus configured to deposit the film forming material on the substrate surface side and in a direction parallel to the normal line of the substrate surface. is necessary. In addition, in order to form a plurality of film forming materials, it is necessary to change the target for supplying the film forming material in the vacuum film forming apparatus.
本発明の形成方法は、図1(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)に示すように、凹型微細パターンを形成したい部分に第1のマスクを被加工基板と離間配置した状態で成膜する。そうすると第1のマスク直下から、第1のマスクの開口部にかけて成膜材料の膜厚が異なる凹部が発生する。この膜厚が異なる凹部の膜厚分布を利用して凹型微細パターンを形成する。第1のマスクを除去し、続いて凹型微細パターンの埋め込み(穴埋め)を実施する。この埋め込みのためには、埋め込みに使用する成膜材料の種類に応じて、真空成膜装置の成膜材料ターゲットを変更し、同時に成膜条件の変更調整を行う。このターゲットの変更および成膜条件の変更調整は、被加工基板を取り外すことなく、真空成膜装置の外部から、行うことが可能である。この埋め込みには、開口部と閉口部のパターンが凹型微細パターン形成時の第1のマスクとは逆のパターンの第2のマスクを被加工基板表面と離間配置し、かつ前記第1の成膜物質層の凹部に前記第2の開口部が整合するように該透明基板と該マスク層を載置し、第2の成膜物質を成膜することで実施する。その後、この埋め込みに使用したマスクを除去して、埋め込みを実施した基板表面全体に任意の厚さの成膜を実施することにより、パターン形成+埋め込み(穴埋め)・平坦化が実現される。 As shown in FIGS. 1 (a), (b), (c), (d), (e), and (f), the forming method of the present invention uses a first mask on a portion where a concave fine pattern is to be formed. The film is formed in a state of being separated from the substrate to be processed. Then, a recess having a different film thickness of the film forming material is generated from directly under the first mask to the opening of the first mask. A concave fine pattern is formed using the film thickness distribution of the recesses having different film thicknesses. The first mask is removed, and then the concave fine pattern is embedded (filled). For this embedding, the film forming material target of the vacuum film forming apparatus is changed according to the type of film forming material used for the embedding, and the film forming conditions are changed and adjusted at the same time. This target change and film formation condition change adjustment can be performed from outside the vacuum film formation apparatus without removing the substrate to be processed. For this embedding, a second mask whose opening and closing pattern is opposite to the first mask at the time of forming the concave fine pattern is spaced from the surface of the substrate to be processed, and the first film formation is performed. The transparent substrate and the mask layer are placed so that the second opening is aligned with the concave portion of the material layer, and the second film forming material is formed. Thereafter, the mask used for the embedding is removed, and a film having an arbitrary thickness is formed on the entire surface of the embedding substrate, thereby realizing pattern formation + embedding (hole filling) / planarization.
第1マスクと第2のマスクの除去は、真空成膜装置内に設けたマスク移動位置決め装置を用いることにより、真空成膜装置内で、一連のプロセス中に、第1のマスクおよび第2のマスクを被加工基板上から移動することが可能である。被加工基板上の凹型微細パターンと第2のマスクの開口部との位置合わせには、公知の光学式パターン位置合わせ装置を用いることが可能である。 The first mask and the second mask are removed by using a mask moving positioning device provided in the vacuum film forming apparatus, and in the vacuum film forming apparatus, during the series of processes, the first mask and the second mask are removed. The mask can be moved from the substrate to be processed. A known optical pattern alignment apparatus can be used for alignment between the concave fine pattern on the substrate to be processed and the opening of the second mask.
第1のマスクと第2のマスクは、例えば公知の異方性ドライエッチング技術により、本実施例の500μmのマスク板厚に対して、開口部が5μm〜7μmのマスクを加工することが可能である。またマスク材質は、被加工基板の材質と同レベルの熱膨張係数を有する材質とすることが有効である。 For the first mask and the second mask, for example, a known anisotropic dry etching technique can be used to process a mask having an opening of 5 μm to 7 μm with respect to the mask plate thickness of 500 μm of this embodiment. is there. Further, it is effective that the mask material is a material having the same thermal expansion coefficient as the material of the substrate to be processed.
本発明によれば、一回の成膜プロセスで簡便にパターン形成+埋め込み(穴埋め)・平坦化を実現することができる。上記のパターン形成フローにおいて、第1のマスクと第2のマスクの交換をチャンバー内で実施することにより、基本的にすべて「真空成膜」という連続した一つのプロセスとすることが可能であり、複数のプロセスを実施する必要がない。具体的には、複数の設備が必要なく、また所謂「工程の流動」というプロセスが発生しないため、形成工程に関わる工数を低減することが可能となり、人件費抑制等の効果も生じる。従来の技術では、本来であれば非常に長いプロセスを流動する必要があり、長い時間と多くの工数を必要として高コストになってしまう凹型微細パターン基板を、低コストで簡便に作成することが可能となる。 According to the present invention, pattern formation + embedding (hole filling) / planarization can be easily realized by a single film forming process. In the pattern formation flow described above, by exchanging the first mask and the second mask in the chamber, it is basically possible to form a continuous process called “vacuum film formation”. There is no need to perform multiple processes. Specifically, since a plurality of facilities are not required and a so-called “process flow” process does not occur, man-hours related to the forming process can be reduced, and effects such as labor cost reduction can be achieved. In the conventional technology, it is necessary to flow a very long process, and it is easy to produce a concave fine pattern substrate that requires a long time and a large number of man-hours and is expensive. It becomes possible.
図1に本発明の1実施例の形成方法のフローを示す。図1の基板1は、本発明の検討段階の技術と同様の光学ガラスや石英等の透明な材料より構成される被加工基板である。また使用される光ビームの波長の種類により可視光線以外の、例えば赤外線に対して透明な材料(例えばSi)を用いた基板であってもよい。図1(a)において、基板1上に、第1のマスク2として、パターン閉口部幅7μm、厚さ500μmのマスクを準備し、基板1表面と第1のマスク2下面とのギャップを100μmとして離間配置し、第1の成膜材料である酸化タンタル(Ta 2 O 5 )層を1μm成膜する。次に図1(b)に示すように、基板1上に酸化タンタル層4の凹型微細パターン3を形成する。続いて図1(c)に示すように、この酸化タンタル層4の凹型微細パターン3の直上に、パターン開口部5μm、厚さ500μmの第2のマスクを基板1の表面層4と第2のマスク5下面とのギャップを100μmとして離間配置し、かつ第1の成膜材料の酸化タンタル層4の凹部3に、前記第2の開口部と凹部である凹型微細パターン3のそれぞれの中心が整合するように基板1と第2のマスク層5を載置することにより、第2の成膜材料である酸化シリコン(SiO2)層6を1μm成膜した。次に図1(d)に示すように、凹部である凹型微細パターン3に酸化シリコン(SiO2)を埋め込んだ微細パターンを形成した。その後、図1(e)に示すように、第2のマスクを除去し、基板1の表面が平坦化された凹型微細パターン基板1を形成した。
FIG. 1 shows a flow of a forming method according to one embodiment of the present invention. A
基板1の表面の平坦化を、真空成膜装置から取り出して、所謂ケミカルメカニカルポリッシング(CMP)を行うことにより、基板1表面を鏡面的な平面とすることができる。CMP工程は、光学ガラス等の基板表面を平滑に鏡面加工する技術で、一般的には研磨布と研磨剤および化学的エッチング作用を有する研磨液を用いて、CMP加工装置にて行われるものである。次に図1(f)に示すように、酸化シリコン(SiO2)層7を3μm成膜した。以上の工程により、図1(f)に示すような凹部微細パターン3の上部に、他の成膜物質による埋め込み(穴埋め)層を形成し、基板1の表面を平坦化するプロセスを、真空成膜装置のチャンバー内で連続した一つのプロセスにより実施することができる。要求される光学性能に応じて適宜実施する。
By taking out the surface of the
本発明は、真空成膜において、成膜物質の成膜進行方法に対向する位置に載置されたマスク部材に対する成膜物質の回り込みを利用した技術である。真空成膜における一般的な圧力(1Pa以下)では、成膜物質の原子の平均自由工程長が3.7cm以上となるため、所謂微細パターン(数μm〜数10μmレベル)に対してのスケールとは、オーダーが異なるので、成膜物質は概略直線で進行するものと考えてよいことから、この回り込み現象については、以下のロジックでおおよそではあるが、その試算が可能となる。 The present invention is a technique that utilizes the wraparound of a film forming material to a mask member placed in a position opposite to the film forming method of the film forming material in vacuum film formation. At a general pressure (1 Pa or less) in vacuum film formation, the average free process length of atoms of the film formation material is 3.7 cm or more, so the scale for so-called fine patterns (several μm to several tens of μm level) Since the order is different, it can be considered that the film-forming substance proceeds in a substantially straight line, so this wraparound phenomenon can be roughly estimated by the following logic.
図2において、第1のマスク2の厚さをa、第1のマスク2の閉口部幅寸法をb、被加工基板1とマスク2とのギャップをcとしたときに、第1の成膜層の回り込み範囲xは、概略x=(b×c)/aと試算することができる。また、第1のマスク2の開口部が十分に大きい場合には、図2におけるθがおおよそ45°程度となり、回り込み範囲xは、第1の成膜層4の膜厚をtとすると、x=tとなることが、本発明者による実験で判明している。以上の実験の内容から、以下に示す条件で成膜を実施した。基板1上に、(1)パターン閉口部幅7μm、厚さ500μmのマスク2を基板1とのギャップ100μmで離間配置し、酸化タンタル(Ta 2 O 5 )層4を1μm成膜することにより、基板1上に酸化タンタル層(Ta 2 O 5 )4内に凹型微細パターン3を形成した。(2)続いて、マスク2を除去し、図3に示すように、この酸化タンタル(Ta 2 O 5 )層4の凹型微細パターン3の直上に、マスク開口部(符号dで示す)5μm、厚さ500μmの第2のマスク5を、基板1とのギャップ100μmで離間配置し、酸化シリコン(SiO2)層6を1μm成膜した。その後、マスク5を除去し、酸化シリコン(SiO2)層7(図1(f)に示す)を3μm成膜した。この工程により、図1(f)に示すような凹型微細パターン3を他の成膜物質により埋め込み(穴埋め)平坦化し、凹型微細パターンを有する基板の形成工程を、同一真空成膜装置のチャンバー内で、連続した一つのプロセスにより実施することができる。
In FIG. 2, when the thickness of the first mask 2 is a, the closed portion width dimension of the first mask 2 is b, and the gap between the
以上説明したように、本発明の微細パターン形成方法によれば、簡易な構成により、微細パターンが形成された基板を提供することが可能になり液晶プロジェクタなどの電気光学機器に適用可能なマイクロレンズおよびマイクロレンズアレイに応用することが可能になる。 As described above, according to the fine pattern forming method of the present invention, it is possible to provide a substrate on which a fine pattern is formed with a simple configuration, and the microlens can be applied to an electro-optical device such as a liquid crystal projector. And can be applied to a microlens array.
1、11 基板
12 第1のマスク層、
2 第1のマスク
3、13 凹型微細パターン
4、14 第1の成膜層
15 第2のマスク層
5 第2のマスク
6、16 第2の成膜層
7、17 第3の成膜層
1, 11
2
Claims (10)
真空成膜装置内に前記透明基板の表面と前記第1のマスクを離間して、該透明基板と該マスクを載置する工程と、該真空成膜装置内で該透明基板および該マスクに対向する側から第1の成膜物質を真空成膜する第1の成膜工程と、
該第1の成膜工程により該透明基板の第1のマスクの第1の閉口部の直下部に第1の成膜物質層の凹部を形成する工程と、第1のマスクを除去する工程と、
該真空成膜装置内に前記透明基板の表面と前記第2のマスクを離間し、かつ前記第1の成膜物質層の凹部に前記第2の開口部が整合するように該透明基板と該マスク層を載置する工程と、該真空成膜装置内で該マスクおよび該透明基板に対向する側から第2の成膜物質を真空成膜する工程と、前記第1の成膜物質層の凹部を前記第2の成膜物質で埋め込む工程と、第2のマスクを除去する工程と、を有する凹型微細パターン形成方法。 A step of preparing a transparent substrate made of a transparent material, a first mask having a first opening and a first closing portion corresponding to a fine pattern formed on the transparent substrate, and the first opening Preparing a second opening having a reverse pattern of the closing portion and a second mask having the second closing portion;
A step of placing the transparent substrate and the mask apart from the surface of the transparent substrate in the vacuum film forming apparatus, and facing the transparent substrate and the mask in the vacuum film forming apparatus; A first film-forming step of vacuum-depositing a first film-forming substance from the side to be performed;
A step of forming a concave portion of the first film-forming material layer immediately below the first closing portion of the first mask of the transparent substrate by the first film-forming step; and a step of removing the first mask ,
The transparent substrate and the second mask are spaced apart from the surface of the transparent substrate in the vacuum film-forming apparatus, and the second opening is aligned with the recess of the first film-forming material layer. Placing a mask layer, vacuum depositing a second film-forming material from the side facing the mask and the transparent substrate in the vacuum film-forming apparatus, and forming the first film-forming material layer A method for forming a concave fine pattern, comprising: embedding a concave portion with the second film-forming substance; and removing the second mask.
前記第2のマスクの第2の開口部幅は、前記第1のマスクの閉口部幅よりも狭くした状態で、前記第1の成膜物質層の凹部に前記第2の開口部が整合するように第2のマスクを載置し、第2の成膜物質を成膜することを特徴とする凹型微細パターン形成方法。 The concave fine pattern forming method according to claim 1,
The second opening is aligned with the concave portion of the first film-forming material layer in a state where the second opening width of the second mask is narrower than the closing width of the first mask. A method for forming a concave fine pattern, comprising mounting a second mask and depositing a second film-forming material.
前記第1の成膜物質層の凹部を前記第2の成膜物質で埋め込んだ後でかつ第2のマスク層を除去した後に、前記透明基板表面に前記第3の成膜物質を真空成膜装置内でさらに成膜する工程を備えたことを特徴とする凹型微細パターン形成方法。 The concave fine pattern forming method according to claim 1,
After the recess of the first film-forming material layer is filled with the second film-forming material and after the second mask layer is removed, the third film-forming material is vacuum-deposited on the transparent substrate surface. A method for forming a concave fine pattern, further comprising a step of forming a film in the apparatus.
前記基板が、各種光学ガラス、石英、各種単結晶であることを特徴とする凹型微細パターン形成方法。 In the concave fine pattern forming method according to claim 1 or 2,
A method for forming a concave fine pattern, wherein the substrate is made of various optical glasses, quartz, or various single crystals.
前記第1の成膜物質は、光に対して透明な物質であることを特徴とする凹型微細パターン形成方法。 In the concave fine pattern forming method according to claim 1 or 2,
The method for forming a concave fine pattern, wherein the first film forming material is a material transparent to light.
前記第2の成膜物質は、光に対して透明な物質であることを特徴とする凹型微細パターン形成方法。 In the concave fine pattern forming method according to claim 1 or 2,
The method for forming a concave fine pattern, wherein the second film forming material is a material transparent to light.
前記第1の成膜物質は、酸化タンタル(Ta 2 O 5 )であることを特徴とする凹型微細パターン形成方法。 In the concave fine pattern forming method according to claim 6,
The method for forming a concave fine pattern, wherein the first film forming material is tantalum oxide ( Ta 2 O 5 ).
前記第2の成膜物質は、酸化シリコン(SiO2)であることを特徴とする凹型微細パターン形成方法。 The concave fine pattern forming method according to claim 7,
The method for forming a concave fine pattern, wherein the second film-forming material is silicon oxide (SiO 2 ).
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