(57)【要約】【課題】  フォトリソグラフィー法によりガラス表面に薄膜を形成するに際し、露光が不均一となったり、形成される薄膜の輪郭が不鮮明になることを防止する。【解決手段】  ガラス１１の表面に光の乱反射を防止する光吸収被膜１２を形成する工程と、該光吸収被膜上１２にフォトレジスト層１３を形成する工程と、フォトレジスト層１３が形成されたガラス１１に所定のパターンが描画されたフォトマスク１５を載置して露光する工程と、現像により薄膜を形成する部分１６の表面に形成されるフォトレジスト層１３を除去する工程と、該工程により少なくともフォトレジスト層１３が除去された部分に薄膜１４を形成する工程と、残存するフォトレジスト層１３を除去する工程とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトリソグラフィー法によりガラス表面に所定のパターンの薄膜を形成するに際し、該ガラス表面に光の乱反射を防止する光吸収被膜を形成する工程と、該光吸収被膜上にフォトレジスト層を形成する工程と、フォトレジスト層が形成された前記ガラス表面に所定のパターンが描画されたフォトマスクを載置して露光する工程と、現像により薄膜を形成する部分の表面に形成されるフォトレジスト層を除去する工程と、該工程により少なくともフォトレジスト層が除去された部分に薄膜を形成する工程と、残存するフォトレジスト層を除去する工程とを備えることを特徴とする三次元的形状を有するガラス表面への薄膜の形成方法。
【請求項２】
前記現像により薄膜を形成する部分の表面に形成されるフォトレジスト層を除去する工程と、該工程により少なくともフォトレジスト層が除去された部分に薄膜を形成する工程との間に、フォトレジスト層が除去されて露出した光吸収被膜を除去する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の三次元的形状を有するガラス表面への薄膜の形成方法。
【請求項３】
前記光吸収被膜は、１０Ｐａ以上のアルゴンガスを導入し、ターゲットとして金属チタンを用いて、スパッタリング法により形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の三次元的形状を有するガラス表面への薄膜の形成方法。
【請求項４】
前記光吸収被膜は、表面粗さが中心線平均粗さで２ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の三次元的形状を有するガラス表面への薄膜の形成方法。
【請求項５】
前記フォトレジスト層は、電着レジストから形成されることを特徴とする請求項１から請求項５に記載の三次元的形状を有するガラス表面への薄膜の形成方法。
【請求項６】
前記請求項１から請求項５に記載のいずれかの方法により製造される薄膜付ガラス基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元的形状を有するガラス表面への薄膜形成方法及びこの方法により製造される薄膜付ガラス基板に関し、更に詳しくは、フォトリソグラフィー技術により、所定のパターンの薄膜を形成する三次元的形状を有するガラス表面への薄膜形成方法及びこの方法で製造される薄膜付ガラス基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス部品やガラス基板などのガラス表面に所定のパターンを有する薄膜を形成する方法としては、例えば（１）フォトリソグラフィー法、（２）レーザーアブレージョン法、あるいは（３）スパッタ法などが用いられている。
【０００３】
（１）のフォトリソグラフィー法は、ガラス表面にフォトレジスト層を形成し、その上に所定の露光パターンが描画されたフォトマスクを載置して露光し、その後、現像して不要な部分のフォトレジスト層を除去する。そして、フォトレジスト層が除去されて露出したガラス表面に、スパッタ法やＣＶＤ法などの気相法、あるいは電気メッキや化学メッキなどの電気化学的な金属の転化法を用いて薄膜を形成する。
【０００４】
しかしながらフォトリソグラフィー法では、ガラス表面に傾斜面や曲面などの三次元的形状に形成される部分が存在すると、当該部分において露光が不均一となったり、当該部分に形成される薄膜のパターンの輪郭が不鮮明になるといった問題が生じる場合がある。露光が不均一となる原因は、ガラスは表面の反射率が高いため、露光の際に照射した光が三次元的形状に形成される部分で乱反射し、相互に干渉して弱め合い、その結果照射される光の強度が不均一となるためと考えられる。また、薄膜のパターンの輪郭が不鮮明になる原因は、ガラス表面が三次元的に形成されるためにガラス表面とフォトマスクとの間に隙間が存在すると、前記原因により乱反射した光が、この隙間の内側の本来露光してほしくない部分も露光するためと考えられる。
【０００５】
なお、ガラス表面が平面であれば、乱反射による干渉も生じず、また、フォトマスクをガラス表面に密着させることができるから、このような問題は生じない。
【０００６】
（２）のスパッタ法においても、ガラス表面が三次元的形状に形成されるためにガラス表面とフォトマスクとの間に隙間が存在すると、形成される薄膜のパターンの輪郭が不鮮明になりやすいという問題点がある。この原因は、スパッタ流がフォトマスクの開口部を通過する際に回折したり、ガラス表面で反射したりしてこの隙間に回り込み、本来薄膜を形成したくない箇所にまで蒸着されるためと考えられる。
【０００７】
（３）のレーザーアブレージョン法においては、レーザをガラス表面に対して垂直に照射する必要があり、三次元的形状に形成されるガラスの表面に適用することは困難である。また、適用できたとしても、レーザの照射方向を制御する必要があるから、加工に長時間を要する。このため、大量生産には不向きであると考えられる。またレーザーアブレージョン法は、加工時に多量の残渣が生じるという問題点もある。
【０００８】
この他に、プラズマエッチング法の適用も考えられるが、この方法は加工に長時間を要し、大量生産には不向きであると考えられる。
【０００９】
このように、従来より用いられている前記各方法を、三次元的形状に形成されるガラス表面への薄膜の形成に適用することは、現実的に困難である。
【００１０】
ところで、例えば光通信技術の分野で用いられるような光信号を電気信号に変換する光受信モジュールなどは、光学部品や光学素子などを実装する光実装基板として、一般的にシリコン基板が用いられている。シリコンは熱伝導率が高いため、実装される光学部品や光学素子などを効率よく放熱または廃熱でき、これら光学部品や光学素子などの寿命を延ばすことができるという利点がある。
【００１１】
しかしながらシリコンは誘電率が高いため、高速光伝送では電気信号がリークして伝送ロスが発生しやすいという問題がある。また、シリコンを所定の形状の光実装基板に加工する方法としては、エッチング加工や研削加工などが用いられている。しかしながらシリコンは金型を使用して複雑な形状に加工することが困難で、加工に長時間を有するという問題点もある。
【００１２】
これに対してガラスは、シリコンに比較して誘電率が低く、かつ複雑な形状への加工が容易である。このため、ガラスにより形成された光実装基板を用いれば、電気信号のリークによる伝送ロスの発生を抑制できる。また、ガラスは、ガラスモールド法により複雑な形状も簡単に加工でき、かつ大量生産にも適するという利点がある。このため、ガラスを光実装基板に適用したいという要望がある。
【００１３】
ところが、ガラスを光実装基板に適用しようとすると、光実装基板の表面が三次元的形状に形成され、かつこの三次元的形状の部分に所定のパターンの薄膜を形成する場合には、前記のような問題が生じる。このため、ガラスを光実装基板などに用いることは困難であった。
【００１４】
なお、シリコンは略黒色で表面での光の乱反射が生じにくいことから、表面が三次元的形状に形成される場合にあっても、前記のような問題は生じない。このため、フォトリソグラフィー法を適用して所定のパターンの薄膜を形成することができる。
【００１５】
【特許文献１】特開２０００−７５４９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ここで、前記各方法を生産性の観点から検討すると、フォトリソグラフィー法がもっとも量産に適しているものと考えられる。そこで上記実情に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、フォトリソグラフィー法を適用して、三次元的形状に形成されるガラス表面に所定のパターンの薄膜を形成するに際し、ガラス表面での乱反射を防止して均一に露光できること、あるいは所定の範囲外への露光を防止して、薄膜のパターンの輪郭を鮮明にできる三次元的形状を有するガラス表面への薄膜成形方法を提供すること、あるいはこの方法により製造される膜付ガラス基板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、フォトリソグラフィー法によりガラス表面に所定のパターンの薄膜を形成するに際し、該ガラスの表面に光の乱反射を防止する光吸収被膜を形成する工程と、該光吸収被膜上にフォトレジスト層を形成する工程と、フォトレジスト層が形成された前記ガラス表面に所定のパターンが描画されたフォトマスクを載置して露光する工程と、現像により薄膜を形成する部分の表面に形成されるフォトレジスト層を除去する工程と、該工程により少なくともフォトレジスト層が除去された部分に薄膜を形成する工程と、残存するフォトレジスト層を除去する工程とを備えることを要旨とするものである。
【００１８】
そして請求項２に記載の発明のように、前記現像により薄膜を形成する部分の表面に形成されるフォトレジスト層を除去する工程と、該工程により少なくともフォトレジスト層が除去された部分に薄膜を形成する工程との間に、フォトレジストが除去されて露出した光吸収被膜を除去する工程をさらに備えることが好ましい。
【００１９】
請求項３に記載の発明のように、前記光吸収被膜は、１０Ｐａ以上のアルゴンガスを導入し、ターゲットとして金属チタンを用いて、スパッタリングにより形成されるものであることが好ましい。
【００２０】
請求項４に記載の発明のように、前記光吸収被膜は、表面粗さが中心線平均粗さで２ｎｍ以上であることが好ましい。
【００２１】
請求項５に記載の発明のように、前記フォトレジスト層は、電着レジストから形成されることことが好ましい。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、前記請求項１から請求項５に記載のいずれかの方法により製造されることを要旨とするものである。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１に記載の発明によれば、ガラス表面に形成された光吸収膜が露光の際の光の反射を抑制するから、ガラス表面が三次元的形状に形成されても、光の乱反射が抑制される。このため、乱反射した光が相互に干渉して弱めあうことに起因する露光の不均一の発生を防止できる。また、ガラス表面とフォトマスクとの間に隙間が存在しても乱反射が抑制されるから、この隙間が露光させることがない。このため成形される薄膜のパターンの輪郭が不鮮明になることが防止される。
【００２４】
請求項２に記載の発明によれば、薄膜成形後のガラス表面には光吸収被膜が残存せず、薄膜はガラス表面に直接形成されるから、ガラス表面に光吸収被膜の特性が残存することがない。このため、たとえばガラス表面を電気的に絶縁状態に維持したい場合において、光吸収被膜が電気導体であっても適用することができる。
【００２５】
請求項３に記載の発明によれば、この条件でスパッタリングして形成された蒸着膜は、通常の条件でチタンをターゲットとして形成される蒸着膜と異なり、略黒色で反射率の低い光吸収被膜となる。このため、この後の露光においてガラス表面での光の乱反射を抑制し、乱反射した光が相互に干渉することに起因する露光の不均一の発生を防止できる。
【００２６】
請求項４に記載の発明によれば、光吸収被膜の表面での光の反射を抑制することができる。このため、請求項３に記載の発明と同様に、この後の露光において照射した光の乱反射を抑制し、乱反射した光が相互に干渉することに起因する露光の不均一の発生を防止できる。
【００２７】
請求項５に記載の発明によれば、ガラス表面が三次元的に形成されるものであっても、フォトレジスト層を均一の厚さに形成することができる。
【００２８】
請求項６に記載の発明によれば、ガラスモールドにより三次元的な形状であっても簡単に加工することができる。このため複雑な形状のガラス板やガラス基板に適用することができる。そして、請求項１から請求項５のいずれかに記載の方法によれば、露光が均一で、形成される薄膜の輪郭も鮮明にすることができるから、品質の安定を図りつつ大量生産することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明は、フォトリソグラフィー法を適用してガラスの表面に所定のパターンの薄膜を形成するに際し、あらかじめ、ガラス表面に露光の照射光の乱反射を防止する光吸収被膜を形成しておくものである。そしてこの光吸収被膜は、ターゲットとして金属チタンを用い、所定の条件でスパッタリングして形成されるものである。
【００３０】
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る三次元的形状を有するガラス表面への薄膜成形方法（以下、「本方法」と略して記す。）の工程を示した断面模式図である。このうち図１（ａ）は本方法が適用されるガラス板１１の断面模式図である。以下の説明においては、これらの図に示すように、表面に断面形状が略Ｖ字形状の溝１１１（以下、「Ｖ溝１１１」と略して記す。）が形成されるガラス板１１をとりあげ、最終的には図１（ｈ）に示すように、このＶ溝１１１の表面に薄膜１４を形成する例を用いる。
【００３１】
まず図１（ｂ）に示すように、ガラス板１１の表面に光吸収被膜１２を形成する。この光吸収被膜１２はスパッタ法により形成されるものである。スパッタリングの条件として、ターゲットに金属チタンを用い、１０Ｐａ以上のアルゴンガスを用いることが好ましい。また、アルゴンガスの純度は、９９．９９％以上であることが好ましい。
【００３２】
この条件でスパッタリングを行うと、略黒色で反射率が低い光吸収被膜１２が形成される。このため、後のフォトリソグラフィー法における露光に際し、Ｖ溝１１１の表面で照射光の乱反射を抑制することができる。
【００３３】
なお、たとえば１Ｐａ程度のアルゴンガスを用いるような一般的な条件で、金属チタンをターゲットとしてスパッタリングを行うと、形成される蒸着膜は、金属チタンの性質が発現して略白色で表面に光沢を有する。しかしながら本発明の条件でスパッタリングを行うと、略黒色で表面の反射率が低い蒸着膜（すなわち光吸収被膜）が形成される。前記条件で略黒色の蒸着膜が形成される理由は明確には不明であるが、次のような理由によるものと推測される。
【００３４】
（１）１０Ｐａ以上の高圧のアルゴンガスを用いると、チタンの粒界にアルゴン原子が入り込み、形成される蒸着膜の表面電子密度が低下すると考えられる。表面電子密度が低下すると、Ｄｒａｄｅの反射則により可視光を吸収するようになる。この結果、略黒色で反射率が低い蒸着膜となるものと考えられる。
【００３５】
（２）同じく１０Ｐａ以上の高圧のアルゴンガスを用いると、金属チタンの結晶粒が柱状に成長しやすく、ガラスの表面に微小な柱状の結晶粒が無数に林立している状態になると考えられる。このため、蒸着膜の表面が粗くなり、マクロ的には光の反射率が低下するものと考えられる。
【００３６】
光吸収薄膜１２の表面粗さは、中心線平均粗さで２ｎｍ以上であることが好ましい。表面粗さがこれ以上であると、光吸収被膜の表面での反射が少なく、露光時における照射光の乱反射を抑制することができる。また、光吸収被膜１２の厚さは、０．３μｍ以下であることが好ましい。膜厚が０．３μｍを超えると、光吸収被膜１２の内部の凝集破壊によりガラス板１１の表面から剥がれやすくなるためである。
【００３７】
光吸収被膜１２を形成した後、図１（ｃ）に示すように、この光吸収被膜１２上にフォトレジスト層１３を形成する。このフォトレジスト層１３には、電着レジストを適用することが好ましい。電着レジストによれば、ガラス表面が三次元的な形状に形成されるものであっても、均一な膜厚のフォトレジスト層１３を形成することができる。本方法に適用できる電着レジストとしては、具体的にはアニオン電着やカチオン電着が挙げられる。また、フォトレジストにはネガ型とポジ型とがあるが、それぞれフォトレジスト層の厚さは、ネガ型は３０μｍ程度、ポジ型は１０μｍ程度であるから、共に三次元的形状に形成されるガラス表面に対して均一な被覆が可能である。
【００３８】
次いで、図１（ｄ）に示すようにガラス板１１の表面に、所定のパターンが描画されたフォトマスク１５を載置し、その状態で露光する。なお図１（ｄ）においては、ネガ型のフォトレジストを用いる構成を示している。ネガ型のフォトレジストを用いる場合には、フォトマスク１５は、最終的に薄膜を形成する部分１６を遮光し、それ以外の部分を露光するように構成される。従って図１（ｄ）に示すように、Ｖ溝１１１の表面を遮光し、それ以外の部分は開口部１５１が形成されて露光するように構成される。
【００３９】
なお、この状態で露光すると、図１（ｄ）からも分かるように、Ｖ溝１１１の傾斜面の両側縁部も露光される。しかし、光吸収被膜１２がこの両側縁部での光の乱反射を抑制する。このため、乱反射した光が互いに干渉して弱め合うことに起因する露光の不均一の発生が防止される。また、図１（ｄ）に示すように、Ｖ溝１１１の薄膜を形成する部分１６はフォトマスク１５と接触しておらず、隙間が存在して露出している。しかし、光吸収被膜１２が露光の際の照射光の乱反射を抑制するから、Ｖ溝１１１の両側縁部が露光しても、薄膜を形成する部分１６まで露光することはない。このため、マスクパターンの輪郭が不鮮明になることはない。
【００４０】
次いで、図１（ｅ）に示すように、現像工程において、Ｖ溝１１１の表面の薄膜を形成する部分１６に形成されるフォトレジスト層１３を除去する。これにより、Ｖ溝１１１の薄膜を形成する部分１６の表面に光吸収被膜１２が露出する。
【００４１】
次いで、図１（ｆ）に示すように、露出した光吸収被膜１２を除去する。光吸収被膜１２の除去は、エチレンジアミンテトラ酢酸（ＥＤＴＡ）と過酸化水素との混合溶液を用い、光吸収被膜１２を溶解することにより行う。これにより、Ｖ溝１１１の薄膜を形成する部分１６には、ガラス板１１のガラス地が露出する。
【００４２】
次いで、図１（ｇ）に示すように、スパッタリングなどにより、ガラス板１１の表面に薄膜１４を形成する。なお、薄膜１４を形成する前に、ガラス地と薄膜との密着性が向上するように、ガラス地に種々の表面処理を施しておいても良い。
【００４３】
最後に、フォトレジスト層１３の表面に形成される薄膜１４及びフォトレジスト層１３を除去し、さらにこれにより露出した光吸収被膜１２を除去する。これにより、図１（ｈ）に示すように、ガラス板１１のＶ溝１１１の表面に薄膜１４が形成された状態となる。
【００４４】
なお、前記説明においては、ネガ型のフォトレジストを用いる例を挙げて説明したが、フォトレジストの種類を限定する必要はなく、ネガ型あるいはポジ型のいずれの種類のフォトレジストを用いることができる。また、三次元的な形状として断面が略Ｖ字状の溝を挙げて説明したが、これも形状が限定されることはなく適用可能である。なお、図１は模式図であり、光吸収被膜１２、フォトレジスト層１３、薄膜１４の厚さは現実の寸法比を示すものではない。
【実施例】
【００４５】
次いで、本発明が適用される実施例について説明する。以下に示す実施例は、光通信技術において用いられる光受信モジュールに適用される例である。この光受信モジュールは、光ファイバを通じて伝送された光信号を、電気信号に変換するために用いられるものである。
【００４６】
図２は、本実施例に係る光受信モジュールの要部の構造を示した模式図である。詳しくは、図２（ａ）は、光受信モジュール２の組み立て前の状態を示した分解斜視図であり、図２（ｂ）は、組み立てられた状態を示した外観斜視図である。図２（ｃ）は、この光受信モジュール２の内部構造を示した断面模式図で、図２（ｂ）のＡ−Ａ線断面図である。
【００４７】
本実施例に係る光モジュール２の要部は、光実装基板２１と、この光実装基板２１に載置・固定される光ファイバ２２、及び光電変換素子２３とを備える。
【００４８】
光実装基板２１はガラスにより形成される。この光実装基板２１の表面には、断面形状が略Ｖ字状のガイド溝２１１が形成され、光ファイバ２２を位置決めして固定できる。また、このガイド溝２１１の内壁面の端面には傾斜状の反射面２１２が形成される。なお、このガイド溝２１１（反射面２１２を含む）は、例えばガラスモールド法により形成される。
【００４９】
そして反射面２１２の表面には反射膜２１３が形成される。この反射膜２１３は、本方法を適用して形成されるものである。反射膜２１３自体は、スパッタリングにより、各種金属など反射率の高い反射膜が得られるようなターゲットを用いて形成される。なお、この反射膜２１３の形成方法は、前記及び図１に示す通りであり、重ねての説明は省略する。
【００５０】
なお、光ファイバ２２は従来一般のものが適用できる。また、光電変換素子２３も、例えばフォトダイオードなどの公知の各種光電変換素子が適用できる。
【００５１】
そして、図２（ｂ）及び（ｃ）に示すように、光ファイバ２２の端部を光実装基板２１のガイド溝２１１に載置し、光ファイバ２２の端面が反射面２１２の反射膜２１３を臨むように固定する。また、光電変換素子２３を光実装基板２１に載置し、この光電変換素子２３の受光面２３が反射面２１２の反射膜２１３を臨むように固定する。光ファイバ２２及び光電変換素子２３は、各種接着剤などを用いて光実装基板に固定すれば良く、固定方法は限定されるものではない。
【００５２】
このような構造の光受信モジュール２の動作は次のとおりである。光ファイバ２２を導波した光信号は、光ファイバ２２の端面から出射される。出射された光信号は、反射面２１２の反射膜２１３に反射して向きを変え、光電変換素子２３の受光面２３１に入射する。光信号を受けた光電変換素子２３は、光信号を電気信号に変換し、その他の機器（図示せず）に伝送する。
【００５３】
このように、反射面２１２は光実装基板２１の表面に対して傾斜しており、三次元的形状を有するものであるが、本方法を用いることにより、露光が不均一となったり、反射膜の輪郭の不鮮明となることがない。このため、反射膜の品質を安定させることができる。
【００５４】
また、光実装基板にガラスを用いると、ガラスモールド法により光ファイバを載置するガイド溝などを簡単かつ短時間に成形できる。このため、シリコンを用いる場合に比較して、複雑な形状であっても加工が容易であり、加工時間が短く大量生産に適する。また、光実装基板にガラスを用いた光受信モジュールは、シリコンを用いたものに比較して信号のリークによる伝送ロスの発生を抑制でき、信号伝送の効率を向上させることができる。
【００５５】
なお、本実施例においては、ガイド溝の断面形状が略Ｖ字形状に形成される例を用いたが、光ファイバを位置決めして固定できるものであれば、ガイド溝の断面形状はＶ字形状の限られるものではない。そして、本発明に係る方法によれば、溝の断面形状に関わりなく、反射膜を形成することができる。
【００５６】
以上、本発明の実施形態及び実施例について説明したが、本発明は前記実施形態あるいは実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明に係る三次元的形状のガラス表面に薄膜を形成する方法の工程を模式的に示した断面図である。具体的には、（ａ）は、ガラス板１１の断面模式図である。（ｂ）は、Ｖ溝上に光吸収被膜１２が形成された状態を示す。（ｃ）は、光吸収被膜１２の表面上に、さらにフォトレジスト層１３が形成された状態を示す。（ｄ）は、ガラス板１１にフォトマスク１５を載置した状態を示す。（ｅ）は、現像してフォトレジスト層１３の一部を除去した状態を示す。（ｆ）は、フォトレジスト層１３が除去された部分の光吸収被膜１２を除去した状態を示す。（ｇ）は、（ｆ）に示す状態に薄膜１４が形成された状態を示す。（ｈ）は、本発明による方法が完了した状態のガラス板１１の断面を示す。
【図２】本発明を光受信モジュールに適用した実施例を模式的に示した図であり、それぞれ、（ａ）は光受信モジュールの要部の組立て前の分解斜視図を、（ｂ）は組み立てられた状態の要部の外観斜視図を、（ｃ）は光受信モジュールの要部の内部構造であって、（ｂ）のＡ−Ａ線断面図を示す。
【符号の説明】
【００５８】
１１  ガラス板
１２  光吸収被膜
１３  フォトレジスト層
１４  薄膜
１５  フォトマスク
１６  薄膜を形成したい部分
１１１  ガラス板に形成されるＶ溝
１５１  フォトマスクの開口部
【図１】
2005352003.tif 000003
【図２】
2005352003.tif 000004