(57)【要約】【課題】ガラス部材をアスペクト比の高い構造に再現性良く形成することが可能な光学部材の製造方法を提供する。【解決手段】光学部材１の製造方法は、ガラス部材１０上に酸素及びインジウムを含むマスクパターン１１を形成する工程と、マスクパターン１１をマスクとしてガラス部材１０に対してフッ素を含むエッチングガスを用いたドライエッチングを施す工程と、ドライエッチングを施す工程の後、マスクパターン１１をマスクとしてガラス部材１０に対してフッ素を含むエッチング液を用いたウェットエッチングを施す工程と、ドライエッチングを施す工程とウェットエッチングを施す工程を交互に複数回繰り返した後、マスクパターン１１を除去する工程と、を備える。【選択図】図３Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス部材上に酸素及びインジウムを含むマスクパターンを形成する工程と、
前記マスクパターンをマスクとして前記ガラス部材に対してフッ素を含むエッチングガスを用いたドライエッチングを施す工程と、
前記ドライエッチングを施す工程の後、前記マスクパターンをマスクとして前記ガラス部材に対してフッ素を含むエッチング液を用いたウェットエッチングを施す工程と、
前記ドライエッチングを施す工程と前記ウェットエッチングを施す工程を交互に複数回繰り返した後、前記マスクパターンを除去する工程と、
を備える光学部材の製造方法。
【請求項２】
ガラス部材上に酸素及びインジウムを含むマスクパターンを形成する工程と、
前記マスクパターンをマスクとして前記ガラス部材に対してフッ素を含むエッチングガスを用いたドライエッチングを施す工程と、
前記ドライエッチングを施す工程の後、前記マスクパターンをマスクとして前記ガラス部材に対してフッ素を含むエッチング液を用いたウェットエッチングを施す工程と、
前記ウェットエッチングを施す工程の後、さらに前記ガラス部材に対してフッ素を含むエッチングガスを用いたドライエッチングを施す工程と、
前記マスクパターンを除去する工程と、
を備える光学部材の製造方法。
【請求項３】
前記マスクパターンは複数のパターン要素を含み、
少なくとも１つの前記パターン要素の周縁部は中央部よりも厚い請求項１または２に記載の光学部材の製造方法。
【請求項４】
前記周縁部の最大厚さは、前記中央部の最小厚さの２倍以上である請求項３記載の光学部材の製造方法。
【請求項５】
前記マスクパターンを形成する工程は、
前記ガラス部材上にマスク膜を形成する工程と、
前記マスク膜に対してレーザ光を照射することにより、前記マスク膜を選択的に除去して前記マスクパターンを形成する工程と、
を有する請求項１〜４のいずれか１つに記載の光学部材の製造方法。
【請求項６】
前記ドライエッチングを施す時間は、前記ウェットエッチングを施す時間よりも長い請求項１〜５のいずれか１つに記載の光学部材の製造方法。
【請求項７】
前記マスクパターンは、酸化インジウム錫又は酸化インジウム亜鉛を含む請求項１〜６のいずれか１つに記載の光学部材の製造方法。
【請求項８】
前記ガラス部材はホウケイ酸ガラスを含む請求項１〜７のいずれか１つに記載の光学部材の製造方法。
【請求項９】
前記ドライエッチングを施す工程と前記ウェットエッチングを施す工程を交互に複数回繰り返して、前記ガラス部材を前記ガラス部材の上面から厚み方向に１０μｍ以上エッチングする請求項１〜８のいずれか１つに記載の光学部材の製造方法。
【請求項１０】
前記マスクパターンの厚みは、１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下である請求項１〜９のいずれか１つに記載の光学部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、光学部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光素子の配光特性を制御するために、特許文献１には、発光素子の光取り出し面に、透明材料からなる光学部材を設けることが提案されている。このような光学部材を製造する方法として、ガラス部材を加工する方法が考えられるが、アスペクト比が高い構造を高い形状精度で形成することが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１８２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の一実施形態は、上述の問題点に鑑みてなされたものであって、ガラス部材をアスペクト比の高い構造に再現性良く形成することが可能な光学部材の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施形態に係る光学部材の製造方法は、ガラス部材上に酸素及びインジウムを含むマスクパターンを形成する工程と、前記マスクパターンをマスクとして前記ガラス部材に対してフッ素を含むエッチングガスを用いたドライエッチングを施す工程と、前記ドライエッチングを施す工程の後、前記マスクパターンをマスクとして前記ガラス部材に対してフッ素を含むエッチング液を用いたウェットエッチングを施す工程と、前記ドライエッチングを施す工程と前記ウェットエッチングを施す工程を交互に複数回繰り返した後、前記マスクパターンを除去する工程と、を備える。
【０００６】
本発明の一実施形態に係る光学部材の他の製造方法は、ガラス部材上に酸素及びインジウムを含むマスクパターンを形成する工程と、前記マスクパターンをマスクとして前記ガラス部材に対してフッ素を含むエッチングガスを用いたドライエッチングを施す工程と、前記ドライエッチングを施す工程の後、前記マスクパターンをマスクとして前記ガラス部材に対してフッ素を含むエッチング液を用いたウェットエッチングを施す工程と、前記ウェットエッチングを施す工程の後、さらに前記ガラス部材に対してフッ素を含むエッチングガスを用いたドライエッチングを施す工程と、前記マスクパターンを除去する工程と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一実施形態によれば、ガラス部材をアスペクト比の高い構造に再現性良く形成することが可能な光学部材の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】本発明の一実施形態に係る光学部材の製造方法を示す端面図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態に係る光学部材の製造方法を示す端面図である。
【図１Ｃ】本発明の一実施形態に係る光学部材の製造方法を示す端面図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態において形成するマスクパターンの１つのパターン要素を示す上面図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示すＡ−Ａ’線による端面図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態に係る光学部材の製造方法を示す端面図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態に係る光学部材の製造方法を示す端面図である。
【図３Ｃ】本発明の一実施形態に係る光学部材の製造方法を示す端面図である。
【図３Ｄ】本発明の一実施形態に係る光学部材の製造方法を示す端面図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態によって製造された光学部材を示す上面図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態によって製造された光学部材を示す端面図である。
【図４Ｃ】本発明の一実施形態によって製造された光学部材を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施形態に係る光学部材の製造方法について説明する。
図１Ａ〜図１Ｃは、本実施形態に係る光学部材の製造方法を示す端面図である。
図２Ａは、本実施形態において形成するマスクパターンの１つのパターン要素を示す上面図である。図２Ｂは、図２Ａに示すＡ−Ａ’線による端面図である。
図３Ａ〜図３Ｄは、本実施形態に係る光学部材の製造方法を示す端面図である。
図４Ａは、本実施形態によって製造された光学部材を示す上面図である。図４Ｂは、図４ＡにおけるＢ−Ｂ’線による端面図である。図４Ｃは、本実施形態に係る光学部材の斜視図である。
【００１０】
＜マスクパターンを形成する工程＞
先ず、図１Ａに示すように、ガラス部材１０を準備する。ガラス部材１０は例えば透光性を有する板状の部材であり、例えば、ホウケイ酸ガラスを含む。
【００１１】
次に、図１Ｂに示すように、ガラス部材１０上にマスク膜１１ｆを形成する。マスク膜１１ｆは酸素（Ｏ）及びインジウム（Ｉｎ）を含み、例えば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）又は酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）を含む。マスク膜１１ｆは、例えば、ガラス部材１０上の全面に連続膜として形成する。マスク膜１１ｆの膜厚は、例えば、１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下とする。
【００１２】
次に、図１Ｂに示すマスク膜１１ｆに対して、図１Ｃに示すようにレーザ光１０１を照射する。これにより、マスク膜１１ｆにおけるレーザ光１０１に照射された部分が気化し、マスク膜１１ｆが選択的に除去される。この結果、図１Ｃに示すように、マスク膜１１ｆの残留部分により、マスクパターン１１が形成される。マスクパターン１１は複数のパターン要素１２を含む。パターン要素１２は、例えば行列状に配列されている。なお、パターン要素１２は不規則に配置されていてもよい。上面視で、パターン要素１２の形状は、円形でもよく、多角形でもよく、それ以外の形状でもよい。また、複数のパターン要素１２の形状は相互に同じでもよく、多少異なっていてもよい。本実施形態においては、マスクパターン１１を構成する複数のパターン要素１２の形状が相互に同じであり、上面視におけるパターン要素１２の形状が正六角形である例を説明する。
【００１３】
図２Ａ及び図２Ｂに示すように、各パターン要素１２においては、周縁部１２ｅが盛り上がっており、周縁部１２ｅが中央部１２ｃよりも厚い。例えば、パターン要素１２の周縁部１２ｅの最大厚さｔＡは、中央部１２ｃの最小厚さｔＢの２倍以上である。すなわち、ｔＡ≧２×ｔＢである。厚さｔＢに対する厚さｔＡの比の値（ｔＡ／ｔＢ）は、２以上１００以下であることが好ましい。また、上面視におけるパターン要素１２の最大径は、例えば１μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましく、例えば９μｍである。パターン要素１２が周期的に配列されている場合、パターン要素１２の間隔は、例えば１４μｍ以上１６μｍ以下であることが好ましい。
【００１４】
＜１回目のドライエッチング工程＞
次に、図３Ａに示すように、マスクパターン１１をマスクとしてガラス部材１０に対してドライエッチングを施す。このドライエッチングにおいては、フッ素を含むエッチングガスを用いる。ドライエッチングとしては、例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching：反応性イオンエッチング）を行う。ドライエッチングのエッチングガスとして、例えばトリフルオロメタン（ＣＨＦ３）を用いる。これにより、ガラス部材１０におけるパターン要素１２によって覆われていない領域に凹部１３が形成され、パターン要素１２によって覆われた部分が相対的に突出する。本実施形態では、上面視において、ガラス部材１０におけるパターン要素１２によって覆われ、凹部１３に囲まれた部分が相対的に突出する。
【００１５】
このとき、凹部１３の底面１３ｂには、ドライエッチングによってダメージが導入された損傷層１５が形成される。また、凹部１３の底面１３ｂ上には、ドライエッチングに伴う残留物が堆積し、残渣層１６が形成される。言い換えれば、残渣層１６は損傷層１５の上に形成される。残留物は、例えば、ガラス部材１０に含まれ、ドライエッチングにより除去されにくい不純物等である。
【００１６】
＜１回目のウェットエッチング工程＞
次に、図３Ｂに示すように、図３Ａに示すドライエッチング工程の後、マスクパターン１１をマスクとしてガラス部材１０に対してウェットエッチングを施す。このウェットエッチングにおいては、フッ素を含むエッチング液、例えばバッファードフッ酸（buffered hydrofluoric acid：ＢＨＦ）を用いる。これにより、残渣層１６が除去される。ウェットエッチングを施す時間は、上述のドライエッチングを施す時間よりも短くする。
【００１７】
このとき、ガラス部材１０における凹部１３の底面１３ｂ及び側面１３ｓもエッチングされる。但し、凹部１３の底面１３ｂにはガラス部材１０よりもウェットエッチング時のエッチングレートが高い損傷層１５が形成されているため、底面１３ｂは側面１３ｓよりも多くエッチングされる。これにより、損傷層１５の少なくとも一部が除去される。なお、図３Ｂにおいては、損傷層１５全体が除去された例を示しているが、損傷層１５の一部は後の工程でガラス部材１０のエッチングに影響がない程度に残留していてもよい。
【００１８】
＜２回目のドライエッチング工程＞
次に、図３Ｃに示すように、図３Ｂに示すウェットエッチング工程の後、再度、ガラス部材１０に対してドライエッチングを施す。このドライエッチングにおいても、マスクパターン１１をマスクとし、フッ素を含むエッチングガスを用いてエッチングを行う。例えば、図３Ｃに示す２回目のドライエッチングの条件は、図３Ａに示す１回目のドライエッチングの条件と同じとする。これにより、凹部１３の底面１３ｂがさらにエッチングされ凹部１３が更に深くなる。また、１回目のドライエッチングのときの同様に、ガラス部材１０における凹部１３の底面１３ｂには損傷層１５が形成され、底面１３ｂ上には残渣層１６が堆積する。２回目のドライエッチングの条件を１回目のドライエッチングの条件と同じにすることで、ガラス部材１０がエッチングされる量を制御しやすくできる。
【００１９】
＜２回目のウェットエッチング工程＞
次に、図３Ｄに示すように、図３Ｃに示すドライエッチング工程の後、再びガラス部材１０に対してウェットエッチングを施す。このウェットエッチングにおいても、マスクパターン１１をマスクとし、フッ素を含むエッチング液を用いる。例えば、図３Ｄに示す２回目のウェットエッチングの条件は、図３Ｂに示す１回目のウェットエッチングの条件と同じとする。これにより、２回目のドライエッチングによって形成された残渣層１６が除去される。また、２回目のドライエッチングによって形成された損傷層１５の少なくとも一部も除去される。
【００２０】
以後、上述のドライエッチング工程とウェットエッチング工程を交互に複数回繰り返す。このとき、各ドライエッチングを施す時間は、各ウェットエッチングを施す時間よりも長くする。一例では、各ドライエッチングを施す時間は１時間とし、各ウェットエッチングを施す時間は２分間とする。また、ドライエッチング工程とウェットエッチング工程の繰り返し数は例えば６回とする。これにより、例えば、ガラス部材１０をガラス部材１０の上面から厚み方向に１０μｍ以上エッチングする。ガラス部材１０における凹部１３によって囲まれた部分が、柱状部１８となる。本実施形態では、パターン要素１２の上面視形状が正六角形であるため、柱状部１８の上面視形状も正六角形となる。
【００２１】
＜マスクパターンを除去する工程＞
次に、図３Ｄに示すマスクパターン１１を除去する。例えば、王水を用いたウェットエッチングを施し、マスクパターン１１を溶解させる。このようにして、本実施形態に係る光学部材１が製造される。
【００２２】
＜光学部材の構成＞
以下、本実施形態の製造方法によって製造された光学部材１の構成について説明する。
光学部材１においては、図４Ａ〜図４Ｃに示すように、板状の基材部２０が設けられており、基材部２０上に複数本の柱状部１８が設けられている。柱状部１８の形状は柱状である。柱状部１８は、ガラス部材１０におけるパターン要素１２によって覆われていた部分である。柱状部１８間は凹部１３となっている。図４Ａに示す例では、柱状部１８の形状は正六角柱状である。また、図４Ｃに示すように、柱状部１８は、上面視で、相互に１２０度の角度をなす３方向に沿って同じ周期で配列されている。
【００２３】
上面視における柱状部１８の最大径は、例えば１μｍ以上５０μｍ以下であり、例えば７μｍである。柱状部１８は例えば周期的に配列されており、柱状部１８の間隔は、例えば１４μｍ以上１６μｍ以下である。ここで、柱状部１８の間隔とは、上面視において隣り合う柱状部１８間の最短距離である。また、柱状部１８の高さは例えば１０μｍ以上３０μｍ以下である。ここで、柱状部１８の高さとは、基材部２０の上面から柱状部１８の上面までの距離である。上面視における柱状部１８の最大径に対する柱状部１８の高さの比、すなわち、アスペクト比は、１０以上３０以下である。なお、柱状部１８の形状は厳密に柱状でなくてもよく、例えば上部の直径が下部の直径よりも小さくてもよい。
【００２４】
このような光学部材１を発光素子、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）の光取出面に配置することにより、各柱状部１８が発光素子から出射した光を導光し、発光素子の正面輝度を向上させることができる。
【００２５】
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態においては、ガラス部材１０がホウケイ酸ガラスを含んでいる。このため、ガラス部材１０のエッチングが容易であり、光学部材１の生産性が高い。また、ドライエッチングによってガラス部材１０を加工することにより、アスペクト比が高い構造を作製することができる。
【００２６】
また、本実施形態においては、ドライエッチングとウェットエッチングを交互に施すことにより、ドライエッチング工程において生成した残渣層１６を、ウェットエッチング工程において除去することができる。この結果、次のドライエッチング工程において、効率的な加工が可能となる。
【００２７】
なお、仮にドライエッチング工程の後にウェットエッチングを施さないと、残渣層１６がドライエッチングを阻害するため、ドライエッチングの効率が低下し、ついにはエッチングが不可能になる場合もある。特に、ガラス部材１０がホウケイ酸ガラスを含む場合は、不純物の少ない石英ガラス等に比べて残渣層１６が生成しやすい。
【００２８】
これに対して、本実施形態の製造方法においては、ドライエッチング工程の間にウェットエッチング工程を設けることにより、残渣層１６を除去し、効率よくエッチングを進めることができる。このため、光学部材１の生産性が向上すると共に、アスペクト比が高い柱状部１８の形成が可能となる。また、ドライエッチングの効率が向上することにより、ガラス部材１０がドライエッチングに曝される時間が短くなるため、柱状部１８の形状精度が良好になる。このように、本実施形態の製造方法によれば、アスペクト比が高い構造を高い形状精度で形成することが可能な光学部材の製造方法を実現できる。
【００２９】
また、本実施形態の製造方法においては、ドライエッチングを施す時間は、ウェットエッチングを施す時間よりも長い。これにより、ウェットエッチングにより凹部１３の側面１３ｓがエッチングされることを抑制しつつ、エッチング工程に要する時間を短縮することができる。
【００３０】
更に、本実施形態においては、マスクパターン１１のパターン要素１２において、中央部１２ｃよりもエッチングの進行が早い傾向にある周縁部１２ｅを、中央部１２ｃよりも厚くしている。例えば、周縁部１２ｅの最大厚さｔＡは、中央部１２ｃの最小厚さｔＢの２倍以上とすることが好ましい。これにより、エッチングの進行に伴いパターン要素１２の周縁部１２ｅが中央部１２ｃよりも先に消失することを抑制し、柱状部１８の肩落ちを抑制することができる。この結果、アスペクト比が高い柱状部１８を高い形状精度で形成することが可能となる。
【００３１】
また、マスク膜１１ｆとして酸素及びインジウムを含む膜、例えば酸化インジウム錫からなる膜を形成し、レーザ加工によりマスクパターン１１を形成することにより、周縁部１２ｅが中央部１２ｃよりも厚いパターン要素１２を形成することができる。この理由は、レーザ光の照射により気化したマスク膜１１ｆの一部が、パターン要素１２の周縁部１２ｅに再付着するためと推定される。
【００３２】
更に、マスクパターン１１が酸素及びインジウムを含むことにより、ガラス部材１０に対するエッチングにおいて、高い選択比を得ることができる。これによっても、柱状部１８の形状精度が向上する。
【００３３】
なお、本実施形態においては、ガラス部材１０がホウケイ酸ガラスを含む例を示したが、ガラス部材１０の材料はこれには限定されない。ガラス部材１０は、例えば、不純物を実質的に含まない石英により形成してもよい。但し、ガラス部材１０が酸化ホウ素、酸化アルミニウム又は酸化ナトリウム等の不純物を含有する場合に、それらの不純物に起因する残渣層１６が発生しやすくなるため、本実施形態の効果が大きくなる。
【００３４】
また、本実施形態においては、ドライエッチング工程とウェットエッチング工程を６回ずつ実施する例を示したが、ドライエッチング工程とウェットエッチング工程の繰り返し回数は任意である。ドライエッチング工程は少なくとも２回、ウェットエッチング工程は少なくとも１回行えばよい。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、例えば、発光装置等に利用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１：光学部材
１０：ガラス部材
１１：マスクパターン
１１ｆ：マスク膜
１２：パターン要素
１２ｃ：中央部
１２ｅ：周縁部
１３：凹部
１３ｂ：底面
１３ｓ：側面
１５：損傷層
１６：残渣層
１８：柱状部
２０：基材部
１０１：レーザ光
ｔＡ：パターン要素の周縁部の最大厚さ
ｔＢ：パターン要素の中央部の最小厚さ
【図１Ａ】
2020117418.tif 000003
【図１Ｂ】
2020117418.tif 000004
【図１Ｃ】
2020117418.tif 000005
【図２Ａ】
2020117418.tif 000006
【図２Ｂ】
2020117418.tif 000007
【図３Ａ】
2020117418.tif 000008
【図３Ｂ】
2020117418.tif 000009
【図３Ｃ】
2020117418.tif 000010
【図３Ｄ】
2020117418.tif 000011
【図４Ａ】
2020117418.tif 000012
【図４Ｂ】
2020117418.tif 000013
【図４Ｃ】
2020117418.tif 000014