(57)【要約】【課題】基材の凹曲面部に均一なレジストを塗布できるレジスト塗布方法及びそれに用いることができる基材を提供する。【解決手段】基材１０の凹曲面部１２の周囲に平面部１４を設けたので、基材１０を回転しつつレジスト液Ｌを供給したときに、遠心力により平面部１４に至った液状のレジスト液Ｌは、凹曲面部１２内のレジスト液を均等に引っ張って、その膜厚を均一に維持することができる。【選択図】　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の回転対称な凹曲面部に塗布材を塗布する塗布材塗布方法であって、前記基材には、前記凹曲面部の周囲に配置され、その中心軸と直交する方向に延在する平面部が形成されており、
前記凹曲面部に液状の塗布材を供給するステップと、
前記基材を、前記凹曲面部の中心軸周りに回転させることにより、前記凹曲面部に供給された液状の塗布材を遠心力を利用して拡散させるステップとを有することを特徴とする塗布材塗布方法。
【請求項２】
前記凹曲面部と前記平面部とは、連結曲面部により連結されていることを特徴とする請求項１に記載の塗布材塗布方法。
【請求項３】
前記凹曲面部と前記連結曲面部との境の有効半径Ｒ１と、前記連結曲面部と前記平面部との境の有効半径Ｒ２との比は、１０：１〜１：１であることを特徴とする請求項２に記載の塗布材塗布方法。
【請求項４】
前記液状の塗布材は、１５（ｍＰａ・Ｓ）以上６００（ｍＰａ・Ｓ）以下の粘度を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の塗布材塗布方法。
【請求項５】
前記基材は樹脂から形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の塗布材塗布方法。
【請求項６】
前記基材はポリイミドから形成されていることを特徴とする請求項５に記載の塗布材塗布方法。
【請求項７】
前記基材はｎ型シリコンから形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の塗布材塗布方法。
【請求項８】
前記基材の凹曲面部に前記液状の塗布材を拡散させた後、前記基材の素材のガラス転移点Ｔｇ以上の温度でベーキングすることで、前記塗布材を硬化させることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の塗布材塗布方法。
【請求項９】
前記基材の平面部に位置認識マークが設けられていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の塗布材塗布方法。
【請求項１０】
前記位置認識マークは、前記基材に形成された凸部又は凹部であることを特徴とする請求項９に記載の塗布材塗布方法。
【請求項１１】
前記凸部又は凹部は、前記凹曲面部の中心より、その外縁の半径の２倍以上の位置に配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の塗布材塗布方法。
【請求項１２】
前記基材は、スピンコータの回転軸線に、前記凹曲面部の中心軸を一致させるように取り付けられることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の塗布材塗布方法。
【請求項１３】
前記基材の凹曲面部の中心軸は重力方向に一致するように配置され、前記凹曲面部の中心又はその近傍に供給された前記液状の塗布材が、その自重に抗して前記凹曲面部から前記平面部に向かって拡散するような回転速度で、前記基材が回転されることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の塗布材塗布方法。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれかに記載の塗布材塗布方法により塗布材を塗布されることを特徴とする基材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、凹曲面部を有する基材に塗布材を均一に塗布する塗布材塗布技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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。ここで、金型は消耗品であり、また不測の事態による破損なども予想されることから、高精度な光学素子を成形するためには、定期的或いは不定期の金型交換が必要であるといえる。従って、光学素子を成形するための金型（光学素子成形用金型ともいう）も、一定精度のものをある程度の量だけ予め用意しておく必要があるといえる。
【０００３】
ここで、単結晶ダイヤモンド工具などを用いた切削加工で金型を製造した場合、手間がかかる上に、全く同一形状の金型を切り出すことは困難といえ、それ故金型交換前後で光学素子製品の形状バラツキが生じる恐れがあり、又製造コストもかかるという問題がある。
【０００４】
特に、光ピックアップ装置に用いるある種の光学素子には、収差特性を良好にすべく、光学面の光軸に同心に、断面がブレーズ形状の微細な回折輪帯を設けることが行われている。このような回折輪帯に対応した同心溝を、金型の光学面転写面に形成する場合、切削加工に特に手間と時間がかかるという問題がある。光学素子成形用金型を超鋼などで形成する場合、精度良く所望の光学面転写面形状を得るためには、ダイアモンド工具による切削加工等によらなくてはならない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような問題に対し、例えば光学素子の光学面に対応した母光学面を有する母型に対し、化学反応を通じて電鋳等を成長させることで、金型を製作しようとする試みがある。このような電鋳による金型製作手法を用いると、例えば光学素子の回折輪帯に対応した輪帯を備えた非球面を精度良く形成した母型を一つ用意するだけで、寸法バラツキの少ない光学素子成形用金型を比較的容易に転写形成することができる。
【０００６】
かかる手法によれば、例えば回折輪帯に対応する輪帯を形成するために、母型の表面に均一な膜厚のレジストを被覆し、そこに電子ビーム描画を行い、現像処理し、電鋳処理を行って、光学素子成形用金型を得ることが必要となる。しかるに、ウェハなどの平面部にレジストを均一に塗布することは、スピンコートなどの方式で従来から行われている。ところが、そのような母型となるべき基材の表面は、非球面光学面に応じた３次元曲面となっており、かかる３次元曲面に対してレジストを均一の膜厚で塗布することは極めて困難である。特に、図２２に示すように、３次元曲面が凹曲面部である場合、凹曲面部を回転させつつ液状のレジストを供給しても、遠心力で一カ所に集中するか、飛散してしまうかであり、凹曲面部に均一な膜厚のレジストを塗布する技術が望まれている。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、基材の凹曲面部に均一なレジストを塗布できるレジスト塗布方法及びそれに用いることができる基材を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の塗布材塗布方法は、基材の回転対称な凹曲面部に塗布材を塗布する塗布材塗布方法であって、前記基材には、前記凹曲面部の周囲に配置され、その中心軸と直交する方向に延在する平面部が形成されており、前記凹曲面部に液状の塗布材を供給するステップと、前記基材を、前記凹曲面部の中心軸周りに回転させることにより、前記凹曲面部に供給された液状の塗布材を遠心力を利用して拡散させるステップとを有するので、前記遠心力により前記平面部に至った液状の塗布材は、前記凹曲面部内の液状の塗布材を均等に引き延ばして、その膜厚を均一に維持することができる。尚、「塗布材」はレジストであると好ましいが、それに限られない。
【０００９】
更に、前記凹曲面部と前記平面部とは、連結曲面部によりなめらかに連結されていると、前記凹曲面部から前記平面部へと前記液状の塗布材がスムーズに流れ、膜厚の不均一さを抑制できるので好ましい。
【００１０】
又、前記凹曲面部と前記連結曲面部との境の有効半径Ｒ１と、前記連結曲面部と前記平面部との境の有効半径Ｒ２との比は、１０：１〜１：１であると、前記凹曲面部から前記平面部へと前記液状の塗布材がよりスムーズに流れ、膜厚の不均一さを抑制できるので好ましい。
【００１１】
更に、前記液状の塗布材は、１５（ｍＰａ・Ｓ）以上６００（ｍＰａ・Ｓ）以下の粘度を有すると好ましい。粘度が１５（ｍＰａ・Ｓ）未満であれば、塗布材に作用する遠心力が強くなりすぎて前記凹曲面部内の膜厚が不安定になり、６００（ｍＰａ・Ｓ）を超えると、塗布材の自重が強すぎて前記凹曲面部内の膜厚が不安定になるからである。
【００１２】
又、前記基材は樹脂から形成されていると、低コストで所望の形状を容易に形成できるので好ましい。
【００１３】
更に、前記基材はポリイミドから形成されていると、耐熱性に優れるため塗布材のベーキング温度を高くすることでベーキングが容易となるので好ましい。
【００１４】
又、前記基材はｎ型シリコンから形成されていると、レジスト塗布後の光学的な膜厚評価を適用しやすい。
【００１５】
更に、前記基材の凹曲面部に前記液状の塗布材を拡散させた後、前記基材の素材のガラス転移点Ｔｇ以上の温度でベーキングすることで、前記塗布材を硬化させると好ましい。
【００１６】
又、前記基材の平面部に位置認識マークが設けられていると、別工程で行う位置決めが容易となるので好ましい。
【００１７】
更に、前記位置認識マークは、前記基材に形成された凸部又は凹部であると、前記液状の塗布材が前記位置認識マークに向かって拡散した場合でも、かかる位置認識マークの検出が容易となるので好ましい。
【００１８】
又、前記凸部又は凹部は、前記凹曲面部の中心より、その外縁の半径の２倍以上の位置に配置されていると好ましい。
【００１９】
更に、前記基材は、スピンコータの回転軸線に、前記凹曲面部の中心軸を一致させるように取り付けられると好ましい。
【００２０】
又、前記基材の凹曲面部の中心軸は重力方向に一致するように配置され、前記凹曲面部の中心又はその近傍に供給された前記液状の塗布材が、その自重に抗して前記凹曲面部から前記平面部に向かって拡散するような回転速度で、前記基材が回転されると好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。先ず、本実施の形態にかかる塗布材（レジスト）塗布方法を説明する前に、レジスト塗布装置の全体の概略構成について、図１を参照して脱明する。図１は、本例のレジスト塗布装置の全体の概略構成を示す機能ブロック図である。
【００２２】
本実施の形態のレジスト塗布装置１（塗布材塗布装置）は、図１に示すように、塗布材例えばレジストが塗布される基材１０を回転軸Ａを中心にして回転しつつ保持する保持部材であるスピンコータチャック２０と、塗布材であるレジスト（図１に示すＬ）を、基材１０に対して回転中心軸Ａの位置にて上方向から連続的に流下することでレジストを塗布する塗布材塗布手段３１と、レジストの粘度を制御する粘度制御手段３２と、前記塗布材塗布手段３１にて塗布されるレジストの量を調整制御する塗布量制御手段３３と、前記レジストを連続的に流下させる際のレジストの供給時間を制御する塗布材供給時間制御手段３４と、前記スピンコータチャック２０を回転中心軸Ａを中心としてθ方向に回転駆動するための回転駆動手段であるθ方向回転駆動手段３５と、このθ方向回転駆動手段３５において回転する場合のスピンコータチャック２０の回転数を制御する回転数制御手段３６と、塗布されるレジストの膜厚がほぼ均一となるように例えば所定のレジスト量と回転数との相関関係を示した相関テーブルやさらには周囲環境条件例えば温度制御条件をも加味した条件情報などの各種制御条件情報を格納した記憶手段３７と、を有する。
【００２３】
さらに、レジスト塗布装置１は、スピンコータチャック２０を上下方向であるＺ方向に昇降駆動するための昇降手段であるＺ方向駆動手段４１と、このＺ方向駆動手段４１の駆動制御を行うＺ方向制御手段４２と、レジストが流下する際の重力の影響を取り除くよう上下方向の移動制御を行い、Ｚ方向制御手段４２に対してその旨の指示を与えることで制御する重力制御手段４３と、スピンコータチャック２０に基材１０を固定した状態でψ方向に回転駆動させる（言い換えれば上下に反転させる）ための上下反転手段４４に含まれるψ方向回転駆動手段４４ａと、この上下反転に係るＸＹＺ各方向に基材１０を保持しつつ前記スピンコータチャック２０を微小移動させるための（上下反転手段４４に含まれる）ＸＹＺ方向移動手段４４ｂと、前記ψ方向回転駆動手段４４ａの回転駆動を制御するψ方向回転駆動制御手段４５と、前記ＸＹＺ方向移動手段のＸＹＺの各方向の移動を各々制御するＸＹＺ方向移動制御手段４６と、スピンコータチャック２０が反転された場合でも基材１０を固定しておくための（例えば孔部を設けて真空吸着等により基材１０を固定するための）基材固定手段４７と、この基材固定手段４７による基材１０に対するスピンコータチャック２０の着脱を制御する基材固定制御手段４８と、前記記憶手段３７での各種制御条件情報に基づき、上述の各部乃ち塗布量制御手段３３並びに回転数制御手段３６などの全体の制御を司る制御手段４９と、スピンコータチャック２０を上下反転させて下降させることで、基材１０を溶液に含浸させるための溶液漕であるディップ糟５０と、を含んで構成されている。
【００２４】
なお、このレジスト塗布装置１には、レジスト塗布時にレジスト塗布の制御条件の一つである周囲環境条件例えば温度条件を膜厚がほぼ均一となるように制御するために上述の制御手段４９とリンクする図示しない温度制御手段を備えている。また、この温度制御条件としては、例えば２２〜２４℃、ベーキング時は、１００〜２００℃等にて設定制御されることが好ましい。
【００２５】
基材１０は、光学素子例えばレンズ等の金型を製造するための母型を形成するのに好ましい材質、例えば樹脂素材であるポリイミドやｎ型シリコンにて形成され、断面略半円状に形成されてなる回転対称である凹曲面部１２と、この凹曲面部１２の周辺領域に亘って形成される平面部１４と、凹曲面部１２とこの平面部１４との間を滑らかに連結してなる連結曲面部１６と、を含んで構成されている。
【００２６】
スピンコータチャック２０は、基材１０を回転保持するために、基材１０の周縁部を規定することで、回転する際の遠心力が生じる第１の方向Ｆでの移動を規制する第１の方向規制部、あるいは基材１０をチャックするためのチャック部である凹部側壁部２２と、基材１０の底面を自重により保持する凹部底壁部２４と、を有してなり、断面略凹状に形成されている。すなわち、スピンコータチャック２０には、基材１０を保持する凹部が形成されている。
【００２７】
なお、θ方向回転駆動手段３５、Ｚ方向駆動手段４１の他、被レジスト塗布面を構成するＸＹ平面上をＸ軸及びＹ軸方向にそれぞれ、スピンコータチャック２０を移動させるように駆動するＸ軸方向駆動手段及びＹ軸方向駆動手段（不図示）と、基材１０を載置したスピンコータチャック２０を、所定の載置位置よりレジスト塗布位置まで搬送した後に、レジスト塗布位置でのスピンコータチャック２０のアライメント動作を行うための各方向（θ方向・Ｚ方向・Ｘ方向・Ｙ方向）の各調整機構（不図示）と、を含んで構成されている。
【００２８】
制御手段４９は、前記θ方向回転駆動手段３５による回転数と、レジストの塗布量に基づき、粘度を制御する。また、前記塗布材供給時間制御手段３４にて制御される供給時間に基づいて、前記塗布材塗布手段３１による塗布材の供給の有無に応じ前記回転数制御手段３６による第１、第２の回転数を制御する。さらに、塗布材塗布手段３１により前記レジストが連続供給された後、前記θ方向回転駆動手段３５により前記スピンコータチャック２０を回転させつつＺ方向駆動手段４１による昇降を制御して、重力制御手段４３でのレジストに働く重力を制御する。尚、基材固定手段４７により前記基材１０を前記スピンコータチャック２０に固定しつつ、前記上下反転手段４４及び前記Ｚ方向駆動手段４１により基材１０の凹曲面部１２を下方に向けた状態で前記ディップ糟５０に含浸させ、その後、凹曲面部１２が下方を向いた状態で、前記レジストに浸された基材１０を回転させながらＺ方向駆動手段４１により上昇させるように制御することができるが、これは必須の構成ではない。
【００２９】
次に、レジスト液が塗布される基材１０の具体的構成について、図１〜図３を参照しつつ脱明する。図２は、基材１０の上面図であり、図３は、図２の基材１０をＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断して矢印方向に見た図である。
【００３０】
本実施の形態の基材１０は、略円盤状をなしており、レジストと親和性を持たせるための表面処理後、レジストがスピンコートされるものであり、上述のように凹曲面部１２、平面部１４、連結曲面部１６を有している。
【００３１】
凹面部１２は、垂直面（ここでは平面部１４に対する垂直面）において、所定の曲率半径ＲＳ１を有する面である（この曲率半径ＲＳ１は一定に限らず、変化しても良い）。曲率半径ＲＳ１の中心点、あるいは垂直面において凹面部１２の弧に対応する中心点は、基材１０側でなく、基材１０内部に向かう方向と反対側の空間に実質的に存在しており、これによって凹面部１２が形成されている。
【００３２】
一方、連結曲面部１６は、垂直面（ここでは平面部１４に対する垂直面）において、所定の曲率半径ＲＳ２を有する凸面である（この曲率半径ＲＳ２は一定に限らず、変化しても良い）。曲率半径ＲＳ２の中心点、あるいは垂直面において連結曲面部１６の弧に対応する中心点は、基材１０側、すなわち基材１０内部に向かう側に実質的に存在しており、これによって凸面としての連結曲面部１６が形成されている。これに対して、平面部１４は、凹面部１２や連結曲面部１６のような曲率を有していない。
【００３３】
凹面部１２と連結曲面部１６の連結部では、垂直面における凹面部１２の端部の弧の接線と、連結曲面部１６の端部の弧の接線が一致していることが好ましく、これによってなめらかに凹面部１２内のレジスト液を拡散、或いは平面部１４側から引っ張ることができる。
【００３４】
同様に、平面部１４と連結曲面部１６の連結部では、垂直面における平面部１４の端部の弧の接線と、連結曲面部１６の端部の弧の接線が一致していることが好ましく、これによってなめらかに凹面部１２内のレジスト液を連結曲面部１６を介して、平面部１４側から引っ張ることができる。
【００３５】
具体的には、図３に示すように、中心軸Ｃ１が通る点Ｘ１と点Ｘ２との間に規定される領域を凹曲面部１２とし、点Ｘ２と点Ｘ３との間に規定される領域を連結曲面部１６とし、点Ｘ３より外方にある領域を平面部１４としている。凹曲面部１２と連結曲面部１６との境（点Ｘ２をつないだ円）の有効半径Ｒ１と、連結曲面部１６と平面部１４との境（点Ｘ３をつないだ円）の有効半径Ｒ２との比は、１０：１〜１：１である。なお、凹曲面部１２は、図３に示すような球面（曲率半径ＲＳ１が一定）に限らず、非球面（曲率半径ＲＳ１が変化）である他のあらゆる曲面であってもよい。
【００３６】
基材１０を回転させながら、レジスト液を凹曲面部１２の中心に滴下させたとき、基材１０に平面部１４を設けているので、遠心力によって平面部１４に到達したレジスト液が、凹曲面部１２内のレジスト液を引っ張ることで、膜厚均一性を保ちながら拡散することができる。このように、本発明では図２２に示す基材における塗布とは異なり、平面部１４におけるレジスト液の作用により、レジスト液の集中や飛散をなくし、安定して均一な膜厚でレジスト液を凹曲面部１２に塗布することができる。
【００３７】
さらに、平面部１４は、図２に示すように、基材１０自身の位置を認識するための位置認識部１５を有する。この位置認識部１５は、複数例えば３個形成されており、本例においては、図３に示すように、断面凸状の凸部を構成している。これにより、平面部１４の表面がレジストにより被覆されたとしても、凸状の位置認識部１５によって、次工程の例えば露光等の位置認識を行うことができる。
【００３８】
すなわち、より詳細には、平面部１４の位置認識部１５にレジストが塗り広がらないようにしたことで、位置認識部１５の認識精度が向上し、次工程の露光装置、ＥＢ（電子ビーム）描画装置での位置決め精度を向上させることができる。なお、位置認識部１５の配置位置は、凹曲面部１２の有効径Ｒ１の少なくともほぼ３倍より離間した位置にて形成することが好ましい。さらに、上述の例では、位置認識部１５を、凸部にて形成する例を挙げたが、これに限定されず、断面凹状の凹部であっても、さらには、位置認識マークにて形成する構成としてもよい。このような構成によっても上記同様の作用効果を奏することができる。
【００３９】
平面部１４と連結曲面部１６との境界を示す点Ｘ３を、凹曲面部１２の有効径Ｒ１の少なくともほぼ２倍より離間した（外側の）位置に形成することが好ましい。
【００４０】
なお、本例においては、連結曲面部１６を、球面に形成する例を示したがこれに限定されず、非球面であるあらゆる曲面にて形成してもよい。あるいは、レジスト膜の膜厚の均一化を得ることができるのであれば、連結曲面部１６を曲面と平面（テーパ）との組み合わせや平面にて形成してもよい。
【００４１】
また、本例においては、塗布材であるレジストを、所定の回転数にて蒸発量が少ない組成とするのが好ましい。この組成としては、例えば、粘度が少なくとも１５〜６００（ｍＰａ・Ｓ）の範囲のレジストを用い、スピンコートを行うことが好ましい。こうすると、図１に示すように、レジストＬを流下しつつ回転を開始すると遠心力及びレジストＬに加わる重力とが釣り合って、矢印Ｔ方向に沿ってレジストＬが膜厚が均一となるように周囲領域に広がるからである。
【００４２】
なお、各粘性における回転数と膜厚との関係を示した相関テーブルを図１の記憶手段３７などに格納することにより、粘度制御手段３２は、所望のレジストの粘度に応じた回転数の制御をも行うことができる構成とすればより好ましい。
【００４３】
さらに、連結曲面部１６を構成したことにより、凹曲面部１２と平坦部１４との間のなだらかな曲面によってレジストＬが滑らかに広がることとなり、凹曲面部１２におけるレジスト塗布膜厚の均一化を更に容易にすることができる。特に、凹曲面部１２の端部の傾斜が大きい場合、レジスト液が平面部１４に到達する前に飛散する恐れがあるが、連結曲面部１６により、これを防止でき、レジスト液に対して平面部１４から連続的に安定した張力を作用させることができるため、膜厚をより精度良く均一にできる。
【００４４】
さらにまた、基材１０の材質を例えば樹脂部材にて形成することにより、基材１０を射出成型や切削成型等の加工が容易となり、供給しやすくすることができる。すなわち、本案明者らが鋭意検討した結果、電子ビーム用レジスト、現像液に用いられる溶剤に対して、基材１０を、樹脂例えばポリイミド等にて形成したときに、溶剤による変化が少ないことが判明した。さらに、基材１０を、第１導電型の不純物部材例えば、ｎ型シリコン等にて形成することが好ましい。こうすると、レジスト塗布後の光学的な膜厚評価を適用しやすいからである。
【００４５】
尚、基材１０の各ラジアル位置におけるレジスト膜厚を測定する方法については、本発明者の先願である特願２００２−００８１６２に詳細に開示されているが、その基本原理について簡単に説明すれば、次のようになる。図４に示すように、膜Ｍが被覆された基板Ｂに対して光Ｌ１（ハロゲン光のような比較的広い可視帯域を有するもの）を照射すると、その反射光は、膜Ｍの表面で反射した反射光Ｌ２と、基板Ｂの表面で反射した反射光Ｌ３とに分岐される。ここで、膜Ｍの膜厚をｄ、その屈折率をｎとすると、反射光Ｌ３は、反射光Ｌ２に対して光路差がおよそ２ｄだけ長くなることから光の干渉が生じ、膜厚ｄに応じて、所定の長きで光強度のピークが生じる。そこで、かかる反射光を固体撮像素子等で電気信号に変換し解析することで、反射光スペクトルを得ることができる。ここで光源波長は、例えばｉ線やｇ線などを用いた場合、ある程度広い波長帯域を有するため、光強度のピークが不明瞭となる。そこで、予め膜Ｍが被覆されていない基板Ｂに対して、光源から光を照射することで、その反射率スペクトルを同様にして得て、膜Ｍの被覆前後における反射スペクトルの差に基づいて、図５に示すごときグラフを得ることができる。図５は、図４に示す状態での反射光のスペクトル（反射率スペクトル）分析を行ったものであり、５８２ｎｍに山のピークがあり、５４８ｎｍ、６２２ｎｍに谷のピークがある。ここで、山のピークの波長をλ２ｍとし、谷のピークの波長をλ２ｍ＋１、とすると、膜Ｍの膜厚ｄ、屈折率ｎは、
ｎｄ＝（λ２ｍ×λ２ｍ＋１）／４（λ２ｍ−λ２ｍ＋１）
で表せる。
【００４６】
従って、屈折率ｎが既知であれば、膜厚ｄを算出することができる。但し、ここで注意すべきは、本実施形態に関しては、測定対象物である基材１０が曲面形状をなしているため、レジストＬの膜厚ｄを精度良く測定するためには、その都度、光Ｌ１の入射角度を基材１０の測定対象曲面に対して略９０度に、即ち、光Ｌ１の進行方向と基材１０の測定対象曲面とを略直交させた上で測定を行う必要がある。尚、これを実現するための装置及び方法については、前記特願２００２−００８１６２の技術を流用できる。
【００４７】
次に、粘度及び回転数の設定範囲について説明する。ここで、回転数あるいは粘度と膜厚との関係について説明するに先立ち、一般的なスピンコートのメカニズムについて説明する。
【００４８】
先ず、基材１０が平板状の形状である場合には、遠心力による溶液（レジスト液）の外周方向への広がりを表す関係式は、図６のＳ１１のようになる。この結果、レジストの塗布量（流量）ｑは、図６のＳ１２のようになり、また、単位時間当たりのレジストの膜厚は、図６のＳ１３のようになる。ここで、これら各式において、図７（Ａ）に示すように、スピンコート（回転塗布時）の回転角速度ω、レジストの厚さｈ、レジスト部分の半径ｒ、レジストの粘度η、微小厚さｚ、レジスト塗布量ｑ、蒸発速度ｅとする。
【００４９】
一方、基材１０が曲面状の形状である場合には、遠心力による溶液（レジスト液）の外周方向への広がりを表す関係式は、図８のＳ２１のようになる。この結果、レジストの塗布量（流量）ｑは、図８のＳ２２のようになる。ここで、図７（Ｂ）に示すように、曲面上のラジアル角度θとする。
【００５０】
これにより、例えば図８に示すＳ２２により、特定の粘度η、角速度ωでの、曲面上の所定の位置における膜厚ｈの関係が理論的に設定できる。ただし、これは本実施形態の凹曲面部についてのみ該当し、連結曲面部や平面部についての影響は含まれていない。
【００５１】
次に上述のような前提の下、本実施の形態のような凹曲面部、連結曲面部、平面部の形状を有する基材において、膜厚が均一となるための回転数について検討する。
【００５２】
図９〜図１４は、本発明者らが行ったシミュレーション結果を示す図であり、図９〜図１１は、図３の示す基材１０の凹曲面部１２の半径に対し、連結曲面部１６の半径を１／２とした場合において、基材１０の回転数を７００ｍｉｎ−１、１５００ｍｉｎ−１、４５００ｍｉｎ−１と変えたときのラジアル位置と加速度との関係（Ａ１）を、平面の場合（Ａ２）と比較して示している。図１２〜図１４は、図３の示す基材１０の凹曲面部１２の半径に対し、連結曲面部１６の半径を同じにした場合において、基材１０の回転数を７００ｍｉｎ−１、１５００ｍｉｎ−１、４５００ｍｉｎ−１と変えたときのラジアル位置と加速度との関係（Ａ１）を、平面の場合（Ａ２）と比較して示している。スピンコートで実績のある平面の加速度に対して、凹曲面部１２上の加速度をいかに近づけるかが、回転速度設定のポイントとなる。
【００５３】
図９、１２より、基材１０の回転数が７００ｍｉｎ−１では、平面の場合に対して、加速度が大きく低下することが判明した。一方、図１０，１１、１３，１４より、基材１０の回転数が１５００ｍｉｎ−１、４５００ｍｉｎ−１の場合には、平面の場合に対して、加速度が近づくことが分かった。
【００５４】
尚、レジスト液の粘度は、１５〜６００（ｍＰａ・Ｓ）以下とすることが好ましい。
【００５５】
また、本実施の形盤においては、スピン中に、前記重力制御手段４３により、基材１０が搭載されたスピンコータチャック２０を鉛直方向下向き（図１のＺ方向）に所定の加速度で移動させることにより、凹曲面部１２上のレジスト液に加わる重量の影響を低減してもよい。
【００５６】
すなわち、例えば回転時に、重力制御手段４３により基材１０を下方に移動させることで、レジスト液に加わる重量の影響を除くことができる。すなわち、凹曲面部１２上のレジスト液に加わる重量の影響を低減することができ、レジスト膜の膜厚分布の均一化に寄与できる。
【００５７】
次に、本実施の形態において利用される基材を加工する際の表面粗さについて説明する。先ず、基材１０を加工するための超精密旋盤例えば、ＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇ１ｅ　Ｐｏｉｎｔ　Ｄｉａｍｏｎｄ　Ｔｕｒｎｉｎｇ）の概略構成について、図１５及び図１６を参照しつつ説明する。
【００５８】
超精密旋盤１００は、図１５に示すように、基材などのワーク１１０を固定するための固定部１１１と、前記ワーク１１０に対して加工を施すため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られ、後述の制御手段１３８に電気的に接続されている。
【００５９】
また、超精密旋盤１００は、図１５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。
【００６０】
ダイアモンド工具１１２は、図１６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。
【００６１】
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、図１６に示すように、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。
【００６２】
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、前記基材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の表面粗さが例えば、５０ｎｍ以下、さらに好ましくは２０ｎｍ以下となるように切削加工されることとなる。
【００６３】
その後、目視で虹色に見える（回折による構造色）ツールマークを研磨して当該虹（構造色）が見えなくなるまで研磨する。
【００６４】
なおここに、「表面粗さ」とは、図１７に示すように、ある面を粗さ曲線ｆ（ｙ）として定義し、当該粗さ曲線ｆ（ｙ）からその中心線方向に測定長さ１の部分を抜き取り、この抜き取り部分の中心線をＸ軸、縦倍率の方向をＹ軸として粗さ曲線をｘ＝ｆ（ｙ）で表したとき、図の式によって求められる値Ｒａを表したものをいう。
【００６５】
ここで、基材１０がレンズである場合には、光学面として、表面粗さが例えばほぼ２０ｎｍ以下とする必要がある。しかし、レンズでない場合を想定した場合には、この限りではなく、膜厚分布の差異の認められる７５ｎｍ以下としてもよい。従って、ほぼ７５ｎｍ以下とし、さらに好ましくはほぼ２０ｎｍ以下とする。
【００６６】
このように、本実施の形態では、ツールマーク等の表面粗さを取り除くことができるので、膜厚を測定する際の光学的評価に支障をきたすことがない。また、測定結果を、全てレジスト塗布方法の検討にフィードバックできるようになった。
【００６７】
次に、上述のような構成を有する基材にレジストを塗布するに際し、その前提となる加工工程、さらには、前述のレジストを塗布する際における工程について詳述する。
【００６８】
レジスト工程に先立って、基材１０を切削加工する。かかる場合、超精密旋盤例えば、ＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇ１ｅ　Ｐｏｉｎｔ　Ｄｉａｍｏｎｄ　Ｔｕｒｎｉｎｇ）にて、ダイアモンド切削を行うことにより、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、凹曲面部１２の表面粗さ５０ｎｍないしは２０ｎｍを得る（切削工程）。その後、目視で虹色に見えるツールマークを研磨して虹が見えなくなるまで研磨する（研磨工程）。このようにして、基材１０を加工し完成すると、次にレジスト塗布を行うこととなる。
【００６９】
次に、上述のような構成を有する基材にレジストを塗布する場合の第１の実施の形態にかかる塗布工程を、基材の作用とともに図１８，１９を参照しつつ説明する。
【００７０】
不図示の搬送手段によって搬送された基材１０を、スピンコータチャック２０上に載置してセットを行う（ステップＳ１０１）。この際に、スピンコータチャック２０には、凹部が形成されているので、基材１０が当該凹部内に挿入されることで一義的に保持固定される。そして、所定のレジスト滴下位置にて駆動手段（不図示）によりスピンコータチャック２０のアライメント動作が行われる。
【００７１】
次に、塗布材塗布手段３１にて所定量のレジスト液（塗布材）Ｌを回転中心に連続的に流下して供給する（塗布材を供給するステップ：ステップＳ１０２）。尚、本実施の形態においては、レジスト１００（ｍＰａ・Ｓ）に対して、塗布材塗布手段３１の供給針内径を０．２ｍｍとした場合に、供給圧力は、例えば０．３ＭＰａ程度となる。
【００７２】
次に、ステップＳ１０３において、レジスト液の供給開始から２秒が経過したか否かについての判断処理が行われる。この判断処理において、２秒が経過したものと判断されない場合には、ステップＳ１０２に戻る。一方、２秒が経過したものと判断された場合には、塗布材供給時間制御手段３４は、レジスト供給を停止するように塗布材塗布手段３１に指示を出し、レジスト供給を停止することとなる（ステップＳ１０４）。
【００７３】
次に、ステップＳ１０５において、所定の回転数（ここでは３０００ｍｉｎ−１）にまで、回転数制御手段３６を用いて回転数を上げ（図１９の期間Ｔ３）、スピンを開始することとなる。かかるスピンでは、回転数を例えば３０００ｍｉｎ−１で、６００秒の間持続させることが好ましい（塗布材を拡散させるステップ：図１９の期間Ｔ４）。この際に、膜厚が均一となるような、スピンコータチャック２０の回転数に応じたレジスト塗布量、環境条件などの各種制御条件は、塗布量制御手段３３及び回転数制御手段３６並びに制御手段４９により制御される。
【００７４】
６００秒過ぎた時点で、基材１０の回転を停止させ（図１９の期間Ｔ５）、基材１０に対して、ベーキング（加熱処理）施す（ステップＳ１０６）。この際、温度はほぼ１７０℃（レジストのガラス転移点Ｔｇ以上）とし、ほぼ２０分の間加熱することとなる。以上で、レジスト塗布工程が完了する。
【００７５】
次に、上述のような構成を有する基材にレジストを塗布する場合の第２の実施の形態にかかる塗布工程を、基材の作用とともに図２０を参照しつつ説明する。
【００７６】
不図示の搬送手段によって搬送された基材１０を、スピンコータチャック２０上に載置してセットを行う（ステップＳ２０１）。この際に、スピンコータチャック２０には、凹部が形成されているので、基材１０が当該凹部内に挿入されることで一義的に保持固定される。そして、所定のレジスト滴下位置にて駆動手段（不図示）によりスピンコータチャック２０のアライメント動作が行われる。
【００７７】
次に、塗布材塗布手段３１にて所定量のレジスト液Ｌを回転中心に連続的に流下して供給する（ステップＳ２０２）。尚、本実施の形態においては、レジスト１００（ｍＰａ・Ｓ）に対して、塗布材塗布手段３１の供給針内径を０．２ｍｍとした場合に、供給圧力は、例えば０．３ＭＰａ程度となる。
【００７８】
次に、ステップＳ２０３において、レジスト液の供給開始から２秒が経過したか否かについての判断処理が行われる。この判断処理において、２秒が経過したものと判断されない場合には、ステップＳ２０２に戻る。一方、２秒が経過したものと判断された場合には、塗布材供給時間制御手段３４は、レジスト供給を停止するように塗布材塗布手段３１に指示を出し、レジスト供給を停止することとなる（ステップＳ２０４）。
【００７９】
次に、ステップＳ２０５において、所定の回転数（ここでは３０００ｍｉｎ−１）にまで、回転数制御手段３６を用いて回転数を上げ（図１９の期間Ｔ３）、スピンを開始することとなる。かかるスピンでは、回転数を例えば３０００ｍｉｎ−１で、６００秒の間持続させることが好ましい（図１９の期間Ｔ４）。この際に、膜厚が均一となるような、スピンコータチャック２０の回転数に応じたレジスト塗布量、環境条件などの各種制御条件は、塗布量制御手段３３及び回転数制御手段３６並びに制御手段４９により制御される。
【００８０】
回転中に、Ｚ方向駆動手段４１によりスピンコータチャック２０を下向きに移動させる（ステップＳ２０６）。ここで、移動させるには、重量制御手段４３により加速度例えば、９．８［ｍ／ｓ２］にて移動させるよう制御する。これにより、レジスト液に加わる重力の影響を取り除くことができる。
【００８１】
次に、ステップＳ２０７で、（２＊ｈ［ｍ］／９．８［ｍ／ｓ２］）１／２［ｓｅｃ］なる時間が経過したか否かの判断処理が行われる。この判断処理において、当該時間が未だ経過していないと判断された場合には、ステップＳ２０６に戻る。一方、ステップＳ２０７の判断処理において、当該時間が既に経過したものと判断された場合には、Ｚ方向駆動手段４１によりスピンコータチャック２０の下方向への移動を停止する（ステップＳ２０８）。
【００８２】
その後、基材１０に対して、ベーキング（加熱処理）施す（ステップＳ２０９）。この際、温度はほぼ１７０℃とし、ほぼ２０分の間加熱することとなる。以上で、レジスト塗布工程が完了する。
【００８３】
以上のようにこの処理手順によれば、回転時には、凹曲面部１２上のレジスト液から重力をキャンセルできる。特に、レジスト液Ｌが凹曲面部１２の斜面を伝わりあがる期間だけ、下向きに動作させると、その効果が顕著となる。従って、回転時に鉛直方向に下向きに移動させることで、凹曲面部上のレジスト液に加わる重量の影響を低減することができ、レジスト膜の膜厚分布の均一化に寄与できる。
【００８４】
なお、この後、レジスト塗布後においては、平面部１４と連結曲面部１６とを、各々切削加工することによって、凹曲面部１２のみのレジストを塗布した基材１０を構成することができる。
【００８５】
本発明者らは、図２，３の基材１０に対して、回転速度を変えながらレジスト液を複層に塗布し手試験を行った。その試験結果を、縦軸を厚さ横軸をラジアル位置として図２１に示す。図２１に示すように、かかる試験結果によれば、７００ｍｉｎ−１で２層を形成した場合には、膜厚が大きくばらついたが、１５００ｍｉｎ−１で３層の場合、及び３０００ｍｉｎ−１で４層の場合には、膜厚のバラツキが効果的に抑えられた。
【００８６】
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。例えば、スピンをプレスピンと本スピンとに分け、それぞれ異なる回転数でレジストを塗布することも考えられる。
【００８７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、基材の凹曲面部に均一なレジストを塗布できるレジスト塗布方法及びそれに用いることができる基材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の塗布材塗布装置の全体の概略構成の一例を示す説明図である。
【図２】図１のレジスト塗布装置にて処理される基材を示す平面図である。
【図３】図２の基材１０をＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断して矢印方向に見た図である。
【図４】基材に被覆されたレジストの膜厚を測定する方法を説明するための説明図である。
【図５】図４に示す状態での反射光のスペクトル（反射率スペクトル）分析を行ったものを示す説明図である。
【図６】平面上のスピンコートのメカニズムを説明するための関係式を示す説明図である。
【図７】同図（Ａ）（Ｂ）は、スピンコートのメカニズムを説明するための説明図を示し、（Ａ）は平面の場合、（Ｂ）は曲面の場合である。
【図８】曲面上のスピンコートのメカニズムを説明するための関係式を示す説明図である。
【図９】本発明者らの解析結果を示す図である。
【図１０】本発明者らの解析結果を示す図である。
【図１１】本発明者らの解析結果を示す図である。
【図１２】本発明者らの解析結果を示す図である。
【図１３】本発明者らの解析結果を示す図である。
【図１４】本発明者らの解析結果を示す図である。
【図１５】基材の加工に用いられる超精密旋盤の構成の一例を示す機能ブロック図である。
【図１６】図１３の超精密旋盤におけるダイアモンド工具の刃先の一例を示す斜視図である。
【図１７】表面粗さを説明するための図である。
【図１８】第１の実施の形態にかかる塗布材塗布処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図１９】レジストをスピン中に連続供給した場合における回転数の経時変化を説明するための説明図である。
【図２０】第２の実施の形態にかかる塗布材塗布処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図２１】本発明者らが行った試験結果を示す図である。
【図２２】一例にかかる基材の断面図である。
【符号の脱明】
１　レジスト塗布装置（塗布材塗布装置）
１０　基材（被塗布基材）
１２　凹曲面部
１４　平面部
１６　連結曲面部
２０　スピンコータチャック（保持部材）
３１　塗布材塗布手段
３２　粘度制御手段
３４　塗布材供給時間制御手段
３５　θ方向回転駆動手段
３６　回転数制御手段
３７　記憶手段
４１　Ｚ方向駆動手段
４３　重力制御手段
４４　上下反転手段
４７　基材固定手段
４９　制御手段
【図１】
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【図２】
2004089798.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2004089798.tif 000017
【図１６】
2004089798.tif 000018
【図１７】
2004089798.tif 000019
【図１８】
2004089798.tif 000020
【図１９】
2004089798.tif 000021
【図２０】
2004089798.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
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