(57)【要約】【課題】生成解像力が高くアスペクト比も大きな三次元形状生成が可能な微細形状物の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の製造方法ではレジストにネガタイプのレジストを用い更にレジストを塗布する基板に透明部材を用いて露光をレジスト側からでなく透明基板側からグレイスケールマスクを介して露光を行うことにより前期課題のレジスト表面の平坦度、表面粗さの問題を克服し更に形状高さ寸法の大きい形状の微細三次元形状生成を達成する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に形成されたレジストに微細形状を形成する工程と、微細形状が形成されているレジストの表面に電鋳層を形成して金型を製作する工程と、前記金型を用いて微細形状物を製造する微細形状物の製造方法において、
前記基板に形成されたレジストに微細形状を形成する工程は、透明基板の一方の片面側にネガレジストを形成する工程と、前記透明基板の他方の面側から光を照射し、多値の階調を持ったグレイスケールマスクを介して前記ネガレジストを露光する工程と、該ネガレジストを現像し前記グレイスケールマスクの階調と相関を持った三次元微細形状を前記ネガレジスト上に形成する工程とを有することを特徴とする微細形状物の製造方法。
【請求項２】
前記透明基板の一方の片面に前記グレイスケールマスクを形成する工程と、該グレイスケールマスクの表面に前記ネガレジストを塗布する工程とを有することを特徴とする請求項１記載の微細形状物の製造方法。
【請求項３】
前記透明基板の一方の片面に前記ネガレジストを塗布する工程と、前記透明基板の他方の片面にグレイスケールマスクを形成する工程とを有することを特徴とする請求項１記載の微細形状物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、グレイスケールマスクを用いた微細形状物の製造方法に関し、特に、グレイスケールマスクを用いて立体形状をレジスト上に形成作成する方法及び、それを元に金型を製作し、この金型を用いて微細形状物を製造する微細形状物の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微細形状物の製造方法には機械加工法やエッチング加工などの従来方法と近年製作手法が確立されてきたグレイスケールマスクを用いる方法などがある。微細且つ高精度の立体形状が要求されるマイクロレンズアレーなどでは従来機械加工法が主流であったが高精度化、微細化及びアレー化の要求が高まり近年ではＩＣ関連で成熟した技術となったフォトリソ技術の延長で製造するグレイスケールマスクを用いる方法が主流となってきている。
【０００３】
グレイスケールマスクを用いる方法は多値の濃淡階調を持つグレイスケールマスクを製作しそのマスクを基板上に塗布されたポジレジストに密着またはある程度の間隔を空けて配置しグレイスケールマスクを介してポジレジストに階調を持った濃淡露光を行いその後現像処理によって光の強くあたった場所のレジストは多く除去されて薄くなり光の弱くあたったところのレジスト除去量が少なく厚く残ることによりマスク濃度と相関を持った立体形状を得る方法である（例えば、特許文献１参照。）。
またネガレジストを用いて基板側から二値のマスクにより露光を与えて形状生成を行う方法も考案されているが三次元形状には対応していない（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３２３７４７号公報（第５−６頁、第５図）
【特許文献２】
特開２０００−１０３０６２号公報（第１２頁、第１０図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
三次元形状をレジスト上に生成する現状のグレイスケールを用いる方法ではポジレジストを使用してレジスト塗布面側からグレイスケールマスクを介して露光を行う。このポジレジストでは一般的に厚膜化が難しく厚さ方向の寸法に制限が生じ実質的には５０μｍ以上の形状生成が出来にくい。また、高い解像を要求する高精細な形状を得るためにはマスクをレジストに密着させる必要があるが、レジスト上面の平坦度を良好に塗布することが困難なためにマスクとレジストの間に不均一な隙間が出来てしまう為に高い解像度を得にくく均一な形状生成が出来ず出来あがる形状がレジスト上面基準になる為にレジスト上面の平坦度や表面粗さが生成される形状に反映されてしまう課題がある。
【０００６】
（発明の目的）
本発明は上記課題を解決し生成解像力が高くアスペクト比も大きな三次元形状生成が可能な微細形状物の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【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微細形状物の製造方法ではレジストにネガタイプのレジストを用い更にレジストを塗布する基板に透明部材を用いて露光をレジスト側からでなく透明基板側からグレイスケールマスクを介して露光を行うことによりレジスト表面の平坦度、表面粗さの問題を克服し更に形状高さ寸法の大きい形状の微細三次元形状生成を達成する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（第一の実施形態）
本実施形態は微細形状物の製造方法として、レンズ形状物を製造する場合について説明する。まず、レンズ形状部をレジスト上に形成する方法を図１、図２、図３、図４、図５、図６を用いて説明する。図１に示すように、ガラス材からなる透明基板５の一方の片面にネガレジスト４をスピンコータを用いて塗布する。ネガレジスト４を塗布する厚さは、ネガレジスト４上に形成するレンズの厚さより大きくする。その後、加熱温度１００度で５分間程度、加熱処理してネガレジスト４を硬化させる。次に、透明基板５のネガレジスト４塗布面の反対側からＵＶランプからなる光源１でグレイスケールマスク３を介して透明基板５に光を照射し、さらに透明基板５を通してネガレジスト４を照射し、ネガレジスト４を露光する。尚、図１中において光源１とグレイスケールマスク３の間に配置される光学系２は光源１の光を平行化、均一化するための光学レンズである。
その後、ネガレジスト４に現像処理を施し、図４に示すようにネガレジスト４上にレンズ形状部２０及びレンズ形状部２０の周囲に平坦な残存部２１を残す。
また、グレイスケールマスク３は、銀塩の感光材料に電子線やレーザーで描画を行い電子線やレーザーの強度により銀塩感光体に濃淡を描画する方法や光学分解能以下の微細ドットを電子線描画装置により描画しドットの密度で濃淡を表すマスクをフォトリソ工程で製造する方法などで製作を行う。
【０００９】
現像後に残存するレジストの厚さは露光量により変化する為強度にマスクの透過率、露光時間などにより残存厚さは変化する、レジストへの露光量とレジストの残存厚さの関係は図１１に示す式１のようになる、式１はランバートベアの式として公知の関係式であり式中のＥｃは臨界露光量、Ｅｏは露光量、Ｃｄは現像後のネガレジストの残存厚さ、Ｄｐは透過深度で示している。
図６に実験からのマスク濃度とレジストの残存厚さの関係を示す。図６中の縦軸は現像処理後のレジストの残存厚さ、横軸はグレイスケールマスクの透過率を示している。図中の近似直線２５は実験値から得られる近似直線で近似直線２５と残存厚さゼロの横軸との交点２６は臨界露光量Ｅｃに対応する透過率を示している、尚この図は横軸が対数目盛の片対数グラフであり図６関係は式１に準じた結果となっている。
【００１０】
尚、本実施例のマスク透過率と残存厚さの関係はレジストにＪＳＲ社のＴＨＢ１３０、現像液に同社指定品を使用し、マスク面の照度４５０ｍＪ／ｍＪ／ｃｍ２（ｕｖ光源）、露光時間３０秒での場合である。
実際の造形では使用するレジスト、現像液に合わせて露光、現像条件を定めた上で図６のようなマスクの透過率とレジスト残存厚さの関係を求め変換テーブルを作り要望する形状の各点の高さから対応する各点のマスク透過率を設定してマスク製作を行う。
【００１１】
図２のような凸レンズ形状部１０の形状生成を行う場合にはグレイスケールマスク３の濃度階調は中央断面で図３のような透過率分布を持たせ中心部の透過率を高く周辺部の透過率を低くなるようななだらかな階調を持たせレンズ部以外の最も高さの低い部分に対応するところには臨界露光量Ｅｃより若干多くの照射エネルギーとなるようにな透過率分布とする。図３中ので同心円１１はマスクを上面からの図でレンズ形状を作るために同心円状に等しい透過率を示す。露光量の分布は横方向は透過率分布１２、縦方向は透過率分布１３のようになだらかな分布とする前述したレンズ部以外の最も高さの低い部分に対応するところには臨界露光量Ｅｃより若干多くの照射エネルギーとなるような透過率分布としているのは露光系の照度変化やレジストの感度バラツキによる形状変化を抑える為でありＥｃより若干多くの照射エネルギー照射となる為にレジストの残存部２１が生じる。
【００１２】
残存部２１に相当する部分のグレイスケールマスクの透過率は形状生成部の最低露光量部１４、１５となる。
【００１３】
また図５のような凹レンズ形状部２２を生成するためにはマスクの透過率分布を中心部の透過率を低く周辺部の透過率を高くなるような図７のような階調を持たせることにより現像処理後に凹状のレンズ形状が得られる。
【００１４】
本発明の製造方法ではレジストに対する露光量が臨界露光量Ｅｃ以下の領域では現像後にレジストは残らず露光量がＥｃ以上の領域で式１の関係式で表されるレジスト厚さが残存する。生成される形状は基板上面が基準となり基板には高精度なガラス板などが使える為生成される形状精度も従来の製造方法（ポジレジストを使用し、塗布されたレジストの上面基準での製作する）に対して高精度に形状を生成できる。
【００１５】
一般的にレジストを厚く塗布した場合には塗布面の面精度や厚さバラツキが悪化するが本発明の方式では上記のように最低のレジスト厚さが生成する形状の高さ以上となっていればレジスト上面平坦度は生成される形状に影響を与えない為高さ寸法の大きな形状も高精度で生成可能である。
【００１６】
又、レジスト上に生成された形状はメッキ処理により金属の厚膜をレジスト上に形成することにより金型化することが一般的であり金型化の工程は表面導電処理後に電気メッキにより厚膜化を行う方式電鋳法が確立されている。以下、レジストを図２の凸状に形状生成し凹上の金型を得る方法について簡略的に露光、現像、導電処理、厚膜メッキ工程について図１０を用いて説明する。
図１０（ａ）は透明基板５の一方の片面にネガレジスト４を塗布し、透明基板５の他方の面側からグレイスケールマスク３を介してのネガレジスト４を露光する工程を示し、図１０（ｂ）は現像後にレンズ形状部２０を有するレジスト５０が生成された状態を示す。この工程は前述したように、図２に示すレンズ形状を得る為に図３の透過率分布のグレイスケールマスク３を使用する。次に、図１０（ｂ）の工程で得られたレンズ形状部２０を有するレジスト５０の表面を導電処理しその後電気メッキ（電鋳法）により図１０（ｃ）に示すように金属の厚膜メッキ部２３をレジスト５０に形成する。次に、図１０（ｄ）に示すように、金属の厚膜部２３から透明基板５、レジストを剥離除去し、その後、外形処理などの機械加工を行い金型を製作する。このようにして製作された金型を用いて、マイクロレンズ等の立体形状を有する微細形状物を製造する。以上の工程によって、アスペクト比の大きな三次元形状の微細形状物を製造することができる。
【００１７】
（第二の実施形態）
本実施形態では解像力の向上を達成する為の微細形状物の製造方法について図８を用いて説明する。本実施形態では透明基板上にグレイスケールを描画したマスクを用いそのマスク面にネガレジストを塗布して基板側から露光を行う。レジストはマスク上に直接塗布されるためグレイスケールマスクとレジストを完全に密着することが可能となり光の回折による解像力の低下を最小限に抑えることができ、第一の実施形態より更に高精細な形状生成が達成される。
【００１８】
本実施形態ではネガレジスト３２を透明基板３０上のグレイスケールマスク３１面に直接塗布して使用する。図８に示すように光源のＵＶランプ１からの光を光学系２を用いて平行化、均一化しグレイスケールマスクを表面に描画した透明基板３０に照射する。図８の配置のように露光は透明基板３０のネガレジスト３２が塗布されていない面から光を照射し透明基板３０の透明部を通過して透明基板３０上に描画されたグレイスケールマスク３１に入りマスクを介してネガレジスト３２に照射される。
図８の構成ではマスク面とレジストが完全密着の状態になる為回折による解像力の低下を最小限に抑えることが出来るため高解像が得られ従来到達できなかった微細形状の生成が可能となる。
【００１９】
尚、高解像を得るためには光源から照射される光が平行化されていることが望ましい。
【００２０】
本実施形態で使用するマスクの透過率分布などは第一の実施形態とほぼ同じであり高解像が必要な場合は本実施形態が有利となるが解像度の要求が低く単一マスクからの多数の形状生成を行う場合は第一の実施形態がコスト的に有利となる。
【００２１】
（第三の実施形態）
第一、第二の実施形態ではマスクをレジストまたは透明基板に密着させて等倍の露光を行っているが縮小または拡大光学系を使用してマスク像をレジスト上に結像させて露光を行うことも可能である。本実施形態では縮小露光系を用いてグレイスケールマスク像をレジスト上に結像させて形状生成を行う実施形態を示す。
【００２２】
図９に本実施形態の実施図を示す。光源のＵＶランプ１からの光は光学系２により平行化、均一化しグレイスケールマスク３に照射される、グレイスケールマスク３からの光は縮小光学系４０により縮小されて透明基板５を介して透明基板５に塗布されたネガレジスト４に照射投影される。本実施形態では縮小光学系を使用することによりマスク描画サイズ以下の形状生成が可能となり更に微細な形状生成が可能となる。
グレイスケール露光では滑らかな形状生成をする為には高精細な描画装置が必要であるが本実施形態のように縮小光学系を使用することにより画素サイズの大きい描画装置で作ったマスクを用いても光学系で縮小される為滑らかな形状生成が可能となる。
【００２３】
例えば光学部品などの要求を満足する表面性状を得たい場合に密着や１倍露光の光学系でグレイスケールマスクの濃度をドットの密度で表現するような方式のマスクを使用する場合にはドットの大きさはサブミクロ以下にしないとレジスト上に生成される形状にドット形状が表れてしまうが１対１０の縮小光学系を使用すればドットの大きさはミクロンサイズまで許容されるためマスク描画が容易になる。
【００２４】
以上のように本実施形態のような構成は微細な形状や滑らかな形状が要求される用途に適している。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように本発明における微細形状物の製造方法によれば高精細な３次元形状をレジスト上に生成することが可能となりまたアスペクト比の大きな形状も製作可能となる。この結果、レジスト上に形成した３次元形状をもとに金型を製作し、この金型を用いて、マイクロレンズ等のアスペクト比の大きな三次元形状の微細形状物を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一の実施形態における微細形状物を製造する製造工程を説明するための図。
【図２】凸レンズ形状部を示す概略図。
【図３】図２における凸レンズ形状部の生成をおこなう為のグレイスケールマスクの透過率分布図。
【図４】第一実施形態で得られるレンズ形状部を示す概略図。
【図５】凹レンズ形状部を示す概略図。
【図６】グレイスケールマスク透過率とネガレジストの現像後の残存厚さとの関係図。
【図７】図５における凹レンズ形状部を生成する為のグレイスケールマスクの透過率分布図。
【図８】第二の実施形態における微細形状物の製造工程を説明するための概略図。
【図９】第三の実施形態における微細形状物の製造工程を説明するための概略図。
【図１０】本発明の微細形状物の製造方法における製造工程を示す簡略図。
【図１１】式１を示す図。
【符号の説明】
１        光源
２        平行化、均一化光学系
３        グレイスケールマスク
４        ネガレジスト
５        透明基板
１０    凸レンズ形状部
１１    同心円の等透過率線
１２    横方向の透過率分布
１３    縦方向の透過率分布
１４    最低露光量に対応した透過率
１５    最低露光量に対応した透過率
２０    生成されたレンズ形状部
２１    最低露光量に対応したレジスト残部
２２    凹レンズ形状部
２３    厚膜メッキ部
３０    グレイスケールマスクを描画した透明基板
３１    グレイスケールマスク
３２    ネガレジスト
４０    縮小光学系
５０    レンズ形状を有するレジスト
【図１】
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【図２】
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【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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