JP2004354537A

JP2004354537A - 微細構造体製造用マスターモデルの製造法と微細構造体製造用マスターモデル及び微細構造体

Info

Publication number: JP2004354537A
Application number: JP2003149959A
Authority: JP
Inventors: Takashi Okuto; 崇史奥戸; Kaoru Tone; 薫戸根
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2003-05-27
Filing date: 2003-05-27
Publication date: 2004-12-16

Abstract

【課題】逆テーパ部を持たない所要の形状及びテーパ角を有する微細構造体製造用マスターモデルを製造する。
【解決手段】光硬化型レジスト２を塗布した基板１にフォトマスク４を介して斜め方向から露光を行った後、現像でレジスト２の未露光部分の除去を行って底部に未露光レジストが残存する凹溝１０を形成する。次いでフォトマスクを介して凹溝１０底部の側壁寄りの未露光レジストに光を照射する２度目の露光とその後の現像とを行う。２度目の露光によって凹溝底部の側壁寄りの未露光レジストが硬化し、凹溝側壁の傾斜角が凹溝底部側において緩やかになる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光導波路のような微細構造体製造用マスターモデルの製造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１０に示すように、基板１上に感光性材料層２を形成し、その感光性材料層２にマスク部４０を備えるフォトマスク４を介して斜め方向から露光光を照射し、その後、現像を行うことで、側壁が斜面となっている隔壁パターンを基板上に形成する技術が特開平２００２−１１７７５６号公報に開示されている。
【０００３】
このような微細加工技術は、抜き勾配を露光光の照射角で設定される角度で微細なものにおいても形成することができるために、上記公報に開示されているプラズマディスプレーパネルの隔壁を形成する際に用いる隔壁転写用元型の作成のほか、感光性材料として光硬化型レジストを用いることによって光導波路のような微細構造体を成型法で製造するための金型の作成に必要なマスターモデルの製造に利用することができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２００２−１１７７５６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、露光光がレジストを透過中にレジストによって吸収されるために、図１０に示すように、未露光部分の除去で得られた凹溝１０の基板１付近に逆テーパ形状部Ｒが生じてしまうものであり、上記のものをマスターモデルとして型を作成した場合、逆テーパを備えた型となってしまって離型時に不具合が生じるものとなる。
【０００６】
また、上記のマスターモデルを用いて凹溝を備えたクラッド部を製造して凹溝にコア部を配置することで光導波路とすると、光ファイバーとの結合時に凹溝底部においてコア断面と光ファイバー断面との間に不一致が生じてカプリング損失が大きく生じるものとなる。
【０００７】
本発明はこのような点に鑑みなされたものであって、その目的とするところは逆テーパ部を持たない所要の形状及びテーパ角を有する微細構造体製造用マスターモデルの製造方法と微細構造体製造用マスターモデルを提供するにあり、また、カプリング損失の小さい光導波路となる微細構造体を提供するにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明に係る微細構造体製造用マスターモデルの製造法は、光硬化型レジストを塗布した基板にフォトマスクを介して斜め方向から露光を行った後、現像でレジストの未露光部分の除去を行って底部に未露光レジストが残存する凹溝を形成し、次いでフォトマスクを介して凹溝底部の側壁寄りの未露光レジストに光を照射する２度目の露光とその後の現像とを行うことに第１の特徴を有している。２度目の露光によって凹溝底部の側壁寄りの未露光レジストを硬化させることで凹溝側壁の傾斜角が凹溝底部側において緩やかになるようにしたものである。
【０００９】
この場合、２度目の露光に際して用いるフォトマスクとして、１度目の露光の際にレジストに密着させていたフォトマスクをレジストから少し浮かせた状態で使用することで、同じフォトマスクを使用しながら露光領域を変化させることができる。
【００１０】
２度目の露光に際して用いるフォトマスクとして、１度目の露光の際に用いたフォトマスクを用いるとともに、２度目の露光の際の光を１度目の露光の際の光よりも傾斜した光とすることによっても、同じフォトマスクを使用しながら露光領域を変化させることができる。
【００１１】
２度目の現像に用いる現像液を１度目の現像に用いる現像液よりも濃度が薄いものとすると、現像液の回り込みをより確実に防ぐことができる。
【００１２】
また、基板として予め表面に光反射膜を形成したものを用いてもよい。光反射膜による光の反射により、凹溝側壁の底部寄りの部分の露光領域を拡大することができる。
【００１３】
また、基板としてその表面の所要部分に予めエッチングを施したものを用いると、エッチングによるレジストと基板との密着力の強化により、現像液の回り込みでレジストが除かれてしまうことを防ぐことができる。
【００１４】
上記の各発明におけるフォトマスクとしては、光を屈折させて斜め方向の光を光遮蔽用マスク部の直下に回す屈折部を備えたものを用いることができる。直上から光を照射しても、所要の斜めの光を得ることができる。
【００１５】
そして本発明に係る微細構造体製造用マスターモデルは、光導波路の成形用金型の製造用であって、光導波路における導波路パターンと同じパターンの凹溝を備えているマスターモデルであり、上記凹溝はその断面形状が傾斜した側壁を有するテーパ状であるとともに側壁の傾斜角が凹溝底部側において緩やかになっていることに特徴を有している。逆テーパ部を持たないために型抜きに問題が生じないのはもちろん、このマスターモデルから製造した金型で凹溝がコア部の配置部となる光導波路を製造すれば、カプリング損失が小さいものを得ることができる。
【００１６】
また、本発明に係る微細構造体は、凹溝を有するクラッド部と、該クラッド部よりも屈折率が高い材料からなるとともにクラッド部の上記凹溝内に配されているコア部とから構成されて光導波路を形成する微細構造体であり、上記凹溝はその断面形状が傾斜した側壁を有するテーパ状であるとともに側壁の傾斜角が凹溝底部側において緩やかになっていることに特徴を有している。コア部外面を半円形状に近い状態にすることができるものであり、このために光ファイバとのカプリング損失を低減することができるものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施の形態の一例に基づいて詳述すると、図１は光導波路のような微細構造体を成型法で製造するための金型の作成に必要なマスターモデルの製造についての一実施例を示しており、まずは基板１に光硬化型（ネガ型）のレジスト２を塗布した後、基板１上にフォトマスク４を密着させた状態で露光を行うことで、作成したい凹溝となる部分以外のレジスト２を硬化させる。この時、露光は斜め方向から照射することで行う。
【００１８】
次いで現像によって未露光部分の除去を行って凹溝１０を形成する。この時、現像時間は短くして凹溝１０の底部にレジスト２が残るようにしておく。
【００１９】
その後、再度フォトマスク４を介して斜め方向から露光を行い、上記凹部１０の底部に残っているレジスト２のうちの側壁寄りの部分を硬化させる。この時、フォトマスク４を基板１から少し（たとえば５μｍほど）浮かした状態で露光を行うことで、最初の露光時と同じフォトマスク４を利用することができる。
【００２０】
この２度目の露光の後の現像で凹溝１０の底部に残存していた未露光のレジスト２を除去すれば、凹溝１０の側壁は基板側（底部側）が凹溝１０内に張り出した状態の傾斜面となる。
【００２１】
図２に示すように、上記１度目の露光（図中イ）よりも２度目の露光（図中ロ）を傾かせた状態で行うようにしてもよい。１度目の露光と２度目の露光を同じフォトマスク４で共にレジスト２に密着させた状態で行いつつ、１度目の露光及び現像で凹溝１０底部に残っていた未露光のレジストの一部を２度目の露光で硬化させることができる。
【００２２】
もちろん、１度目の露光に際して用いるフォトマスク４よりもマスク部４０が少しだけ小さいフォトマスクを用意して、このフォトマスクを２度目の露光に際して用いるようにしてもよい。
【００２３】
また、２度目の露光後の現像に用いる現像液の濃度は、１度目の露光後の現像に用いる現像液よりも薄くしておくことが好ましい。１度目の露光現像後に凹溝１０底部に残したレジスト２のうち、２度目の露光時で露光させた部分がレジスト２と基板１との間に回り込んだ現像液で除去されてしまうという事態を招くことがなくなり、より確実に逆テーパ部のない凹溝１０を形成することができる。
【００２４】
いずれにしても、上記のような形状の凹溝１０が形成された基板をマスターモデルとして例えば電鋳法により図３に示す金型６を形成し、該金型６で微細構造体である光導波路体７のクラッド部７０を形成すると、該クラッド部７０には上記凹溝１０に基づく凹溝７１が形成されるとともに、該凹溝７１は逆テーパ部がなくて適切な抜き勾配となっているために、マスターモデルと金型６との分離及び金型６からの光導波路体７（クラッド部７０）の取り外しをスムーズに行うことができるものであり、しかも上記凹溝１０とほぼ同形となる光導波路体７上の凹溝７１に配したコア部７２は、その断面形状が円形に近くなるために、光ファイバー８との接続時にカプリング損失を小さくすることができる。
【００２５】
露光に際して基板１及びレジスト２に斜めに光を当てることは、図４に示すように、斜め軸８０を中心に回転するテーブル９上に基板１をセットし、テーブル８を回転させることで行うと、全方向において順テーパの側壁を備えた凹溝１０を容易に形成することができる。
【００２６】
また、フォトマスク２として、図５に示すように、凹レンズを構成して光を屈折させることでマスク部４０の下方に光を送ることになる凹部４１をマスク部４０と反対側の面に形成したものを用いる場合には、露光そのものは直上から行ってもマスク部４０の下方には斜め方向から光が到達することになって、斜め方向から照射する場合と同じ状態を得ることができる。
【００２７】
なお、上記のような凹部４１を備えたフォトマスク４は、次のようにすることで作成することができる。すなわち、図６に示すように、マスク部４０を有する面とは逆の面にポジ型のレジスト４４を塗布し、フォトマスク４のマスク部４０と同パターンで且つ幅が少し広いマスク部４６を備えた他のフォトマスク４５を介して上記レジスト４４の露光及び現像を行って、フォトマスク４上にパターン部４７を形成した後、フォトマスク４のマスク部４０側の面に保護用のレジスト４８の塗布を行い、次いで１６ＢＨＦ溶液に２０分間ほど浸漬して、ガラスである基板１におけるパターン４７及び時レジスト４８で覆われていない部分のエッチングを行う。これは等方性エッチングであり、パターン４７のエッジ付近は曲線を描くものとなる。その後、発煙硝酸に３０分間浸漬したりすることで、パターン４７及びレジスト４８の除去を行う。
【００２８】
図７に示すように、マスク部４０以外の部分にベースであるガラスと同屈折率で表面張力が大である樹脂材料４３を塗布したものを用いてもよい。この場合においても、樹脂材料４３の表面曲線が直上から照射された光をマスク部４０の下方に屈折させるために、斜め方向から照射する場合と同じ状態を得ることができる。
【００２９】
図８に他の実施形態の一例を示す。ここでは基板１上に基板１よりも反射率の高い反射膜５を形成し、その上にネガ型のレジスト２の塗布を行っている。反射膜５としてはＡｕ膜を好適に用いることができる。
【００３０】
上記レジスト２にフォトマスク４を重ねて斜め方向から露光を行った場合、レジスト２を透過して反射膜５で反射する光により、最終的に凹溝１０の側壁と基板１の露出部との隅部に位置するレジスト２も硬化することから、露光後の現像によるレジスト２の未露光部分の除去にあたり、上記隅部に位置する部分まで除去されてしまうことが少なくなる。従って、前述のように２度目の露光と現像とを行う時、レジスト２における上記隅部に位置する部分が確実に残って傾斜角の緩やかな部分を得ることができる。
【００３１】
このほか、現像時の現像液の回り込みを防ぐことを行うようにしてもよい。たとえば、基板１の表面において少なくとも最終的に凹溝１０の側壁と基板１の露出部との隅部となる部分にエッチングを予め施してレジスト２と基板１との密着力を高くするのである。図９はこの場合の一例を示しており、基板１上にポジ型のレジスト２６を塗布するとともにフォトマスク２７を介して露光を行う。このフォトマスク２７は、導波路パターンの輪郭線の部分で光を透過させるものであり、このために露光後の現像によりレジスト２６は上記輪郭線の部分だけ基板１の表面を露出させることになる。そして上記状態において例えばＯ_２プラズマを照射して上記露出した基板１の表面のエッチングを行う。図中１６がエッチング部を示す。
【００３２】
この後、上記レジスト２６の除去を行い、次いで前述のネガ型のレジスト２の塗布とフォトマスク４を介した斜め方向からの２回にわたる露光と現像を行って側壁が傾斜した凹溝１０を形成する。凹溝１０の側壁の下端はエッチング部１６上に載っているために基板１との密着力が高く、現像時の現像液の回り込みで基板１から剥がれることはなく、このために逆テーパ部が生じたりすることがない。
【００３３】
以下、具体実施例をいくつか示す。なお、本発明は、下記実施例におけるレジストや現像液の種類、ベークの手段等に限定されるものではない。
【００３４】
【実施例１】
ネガレジストＴＨＢ−１５１Ｎ（ＪＳＲ社製）を４インチシリコンウェハ上の中心付近に５ｃｃ滴下し、シリコンウェハを９５０ｒｐｍで回転させてスピンコートを行った後、ホットプレート上で１２０℃４０分間のベークを行った。
【００３５】
この後、片面にクロムなどでマスク部を形成したフォトマスクをマスク部側の面をレジスト２に密着させた状態でフォトマスク表面及びレジスト表面に対して８７°の角度でＵＶ光を２５秒間照射し、フォトマスクを外した後、シリコンウェハを現像機（ＴＭＡＨ２．３８％溶液）に１０〜１５分浸漬させた。現像時間が短いために、現像液によるレジスト２の未露光部分の除去で形成される凹溝の底部には未露光のレジストが残存していた。
【００３６】
次いで上記フォトマスクをレジストの表面から５μｍだけ離した状態で再度８７°の角度でＵＶ光の露光を２５秒間行った後、現像液（ＴＭＡＨ２．３８％溶液）に１０〜１５分浸漬し、凹溝底部に残存していたレジストのうちの２度目の露光でも未露光となっている部分を除去した。
【００３７】
この結果得られたものは、上記凹溝の側壁がＵＶ光の照射光の角度にほぼ応じた角度の傾斜を持つものとなっている上に、凹溝の底部側（シリコンウェハ側）における側壁が凹溝の中央側に張り出してその傾斜角が緩やかなものとなっていた。
【００３８】
【実施例２】
２度目の露光時のフォトマスクをレジスト２に密着させた状態としている点と、２度目の露光時のＵＶ光の照射角を８５°とした点以外は実施例１と同じとした。この結果得られたものも、実施例１で得られたものと同様の凹溝を備えたものとなっていた。
【００３９】
【実施例３】
２度目の露光後の現像を濃度の薄い現像液（ＴＭＡＨ２％溶液）に１０〜１５分浸漬することを除けば実施例１と同じとした。この結果得られたものは、実施例１で得られたものよりも凹溝の底部側（シリコンウェハ側）における側壁の凹溝の中央側への張り出しが大でその傾斜角がより緩やかなものとなっていた。
【００４０】
【実施例４】
シリコンウェハとして、その表面にスパッタでＡｕ膜を５００Å堆積させたものを用いたことを除けば実施例１と同じとした。この結果得られたものは、上記凹溝の側壁がＵＶ光の照射光の角度にほぼ応じた角度の傾斜を持つものとなっている上に、凹溝の底部側（シリコンウェハ側）における側壁が凹溝の中央側に張り出してその傾斜角が緩やかなものとなっていた。
【００４１】
【実施例５】
ポジレジストＡＺＰ４６２０（クラリアント社製）を４インチシリコンウェハ表面の中心付近に５ｃｃ滴下し、シリコンウェハを３５００ｒｐｍの回転数で回転させてスピンコートを行い、次いでシリコンウェハをホットプレート上で１２０℃５分間ベークを行った。
【００４２】
この後、導波路パターンの輪郭線を除く部分をマスクするフォトマスクを上記ポジレジスト上に重ねてＵＶ光の３秒間照射を行い、次いでフォトマスクを外して現像液（ＴＭＡＨ２．３８％溶液）に１０〜２０分間浸漬し、この後に２００ｍＷ６０秒間のＯ_２プラズマ照射を行った。
【００４３】
上記ポジレジストの除去を行った後、上記実施例１と同じ処理を行った結果得られたものは、上記凹溝の側壁がシリコンウェハの表面に至るまでＵＶ光の照射光の角度にほぼ応じた角度の傾斜を持つとともに、凹溝の底部側（シリコンウェハ側）における側壁が凹溝の中央側に張り出してその傾斜角が緩やかなものとなっていた。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように本発明の第１の特徴とするところによれば、２度目の露光によって凹溝底部の側壁寄りの未露光レジストを硬化させるために、凹溝側壁の傾斜角を凹溝底部側において緩やかにすることができるものであり、逆テーパ状の部分が生じてしまうことがなく、所要の形状及び所要のテーパを有するマスターモデルを確実に得ることができる。
【００４５】
そして本発明に係る微細構造体製造用マスターモデルでは、逆テーパ部を持たないために型抜きに問題が生じない上に、このマスターモデルを用いて光導波路を製造する時、カプリング損失が小さい光導波路を得ることができる。
【００４６】
また、本発明に係る光導波路である微細構造体は、コア部外面が半円形状に近い状態になるために光ファイバとのカプリング損失が小さいものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例の説明図である。
【図２】他例の説明図である。
【図３】（ａ）はマスターモデルから電鋳法で作成した金型の断面図、（ｂ）は該金型を用いて成形される光導波路の断面図である。
【図４】（ａ）（ｂ）は回転テーブルの斜視図と側面図である。
【図５】フォトマスクの他の例の断面図である。
【図６】上記フォトマスクの製造法の説明図である。
【図７】フォトマスクの別の例の断面図である。
【図８】他の実施の形態の一例の説明図である。
【図９】更に他の実施の形態の一例の説明図である。
【図１０】従来例の説明図である。
【符号の説明】
１基板
２レジスト
４フォトマスク
１０凹溝

Claims

光硬化型レジストを塗布した基板にフォトマスクを介して斜め方向から露光を行った後、現像でレジストの未露光部分の除去を行って底部に未露光レジストが残存する凹溝を形成し、次いでフォトマスクを介して凹溝底部の側壁寄りの未露光レジストに光を照射する２度目の露光とその後の現像とを行うことを特徴とする微細構造体製造用マスターモデルの製造法。
２度目の露光に際して用いるフォトマスクとして、１度目の露光の際にレジストに密着させていたフォトマスクをレジストから少し浮かせた状態で使用することを特徴とする請求項１記載の微細構造体製造用マスターモデルの製造法。
２度目の露光に際して用いるフォトマスクとして、１度目の露光の際に用いたフォトマスクを用いるとともに、２度目の露光の際の光を１度目の露光の際の光よりも傾斜した光とすることを特徴とする請求項１記載の微細構造体製造用マスターモデルの製造法。
２度目の現像に用いる現像液を１度目の現像に用いる現像液よりも濃度が薄いものとすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の微細構造体製造用マスターモデルの製造法。
基板として予め表面に光反射膜を形成したものを用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載の微細構造体製造用マスターモデルの製造法。
基板としてその表面の所要部分に予めエッチングを施したものを用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載の微細構造体製造用マスターモデルの製造法。
フォトマスクとして光を屈折させて斜め方向の光を光遮蔽用マスク部の直下に回す屈折部を備えたものを用いることを特徴とする請求項１〜６のいずれかの項に記載の微細構造体製造用マスターモデルの製造法。
光導波路の成形用金型の製造用であって、光導波路における導波路パターンと同じパターンの凹溝を備えているマスターモデルであり、上記凹溝はその断面形状が傾斜した側壁を有するテーパ状であるとともに側壁の傾斜角が凹溝底部側において緩やかになっていることを特徴とする微細構造体製造用マスターモデル。
凹溝を有するクラッド部と、該クラッド部よりも屈折率が高い材料からなるとともにクラッド部の上記凹溝内に配されているコア部とから構成されて光導波路を形成する微細構造体であり、上記凹溝はその断面形状が傾斜した側壁を有するテーパ状であるとともに側壁の傾斜角が凹溝底部側において緩やかになっていることを特徴とする微細構造体。