(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明ガラス基板の表面側に形成されパターニングされた高分子材料層を硬化させる方法において、
減圧下で、前記高分子材料層を硬化させうる波長域の紫外線と加熱用赤外線を前記透明ガラス基板の裏面側から照射することを特徴とする硬化方法。
【請求項２】
前記高分子材料層は感光性材料層であり、透明ガラス基板の表面側に塗布され、所望の形状に応じてパターニングされたものである請求項１に記載の硬化方法。
【請求項３】
前記紫外線は３００ｎｍ以下の波長をもつ請求項１又は２に記載の硬化方法。
【請求項４】
前記紫外線は１８５ｎｍ付近と２５４ｎｍ付近に強い強度をもつ紫外線である請求項３に記載の硬化方法。
【請求項５】
前記紫外線の照射は、初めに１８５ｎｍ付近の紫外線を照射し、その後２５４ｎｍ付近の紫外線を照射する請求項４に記載の硬化方法。
【請求項６】
前記紫外線の照射は、初めに照射強度を弱くしておき、その後照射強度を強くする請求項４に記載の硬化方法。
【請求項７】
前記赤外線は波長が０.８μｍ〜５.０μｍの赤外線である請求項１から６のいずれかに記載の硬化方法。
【請求項８】
表面側に高分子材料層パターンが形成された透明ガラス基板を前記高分子材料層パターンが上向きになるようにその透明ガラス基板の周辺部で保持する基板保持機構と、
前記透明ガラス基板の下方に配置され、前記高分子材料層を硬化させうる波長域の紫外線を前記透明ガラス基板を通して前記高分子材料層に照射する紫外線照射機構と、
前記透明ガラス基板の下方に配置され、前記高分子材料層を加熱するための赤外線を前記透明ガラス基板を通して前記高分子材料層に照射する基板加熱機構と、
前記透明ガラス基板及び前記基板保持機構を収容し、前記紫外線照射機構からの紫外線及び前記基板加熱機構からの赤外線を入射させる入射窓を有し、排気機構を備えて内部を減圧状態にする減圧容器と、を備えたことを特徴とする硬化装置。
【請求項９】
前記紫外線照射機構は１８５ｎｍ付近と２５４ｎｍ付近に強い強度をもつ紫外線を発生するオゾン洗浄用ランプを備えている請求項８に記載の硬化装置。
【請求項１０】
前記紫外線照射機構は照射する波長を選択する波長選択手段を備えている請求項８又は９に記載の硬化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紫外線を透過できる基板上に形成された高分子材料層パターンを硬化させる方法と装置に関するものである。
対象となる高分子材料層パターンの一例として、目的の特殊表面形状に応じて基板上に３次元構造の感光性材料パターンを形成し、その感光性材料パターンを前記基板に彫り写すことにより３次元構造の表面形状をもつ物品を製造する方法において使用されるその感光性材料パターンを挙げることができる。
【０００２】
【従来の技術】
光学素子の屈折面や反射面に、球面や非球面等に代表される特殊な面形状が使用されるようになってきている。また近年は液晶表示素子や液晶プロジェクター等に関連して、マイクロレンズ等にも特殊な面形状が求められている。
そこで屈折面や反射面を型成形や研磨によらずに形成する方法として、感光性材料パターンを形成し、それを基板に転写する方法が提案されている（特開平７−２３０１５９号公報、特表平８−５０４５１５号公報を参照）。その方法では、光学基板の表面にフォトレジスト（感光性材料の代表例）の層を形成し、このフォトレジスト層に対して２次元的な透過率分布を有する露光用マスクを介して露光し、フォトレジストの現像によりフォトレジストの表面形状として凸面形状もしくは凹面形状を得、しかる後にフォトレジストと光学基板とに対して異方性エッチングを行い、フォトレジストの表面形状を光学基板に彫り写して転写することにより光学基板の表面に所望の３次元構造の屈折面や反射面の形状を得る。
【０００３】
フォトレジストの表面形状を光学基板に彫り写して転写する際、異方性エッチングによってフォトレジストと光学基板がともにエッチングされていく。フォトレジストの表面形状を光学基板に転写するためには、光学基板のエッチング速度とフォトレジストのエッチング速度に関して適当な選択比が必要になる。通常は、光学基板に対してフォトレジストのエッチング速度が大きいため、フォトレジストの耐エッチング性を高めることが必要になる。
【０００４】
また、異方性エッチングとしてＲＩＥ（反応性イオンエッチング）やＩＣＰ（誘導結合型プラズマ）ドライエッチングを使用すると、フォトレジストとプラズマとの表面反応やプラズマ中のイオンの衝突による反応によってフォトレジストが加熱される。そのため、もしフォトレジストの耐熱性が十分でない場合には、フォトレジストがフローし、フォトレジストパターンの形状が損なわれる。そのため、フォトレジストの耐熱性を高めることも必要になる。
【０００５】
最近開発された高集積化、微細化に伴なう高分解能ポジ型レジストは、ネガ型よりも耐熱性が低い。また、最近開発されたｇ線（４３６ｎｍ）用レジストやｉ線（３６５ｎｍ）用レジストは耐熱温度が低い。
また、本発明が対象とするプロセスでは、レジスト材料に求められる特性として、耐熱性以外に耐プラズマエッチング性がある。耐熱性と耐プラズマエッチング性を高める方法として、ポストベークにおいて段階的に温度を上げる方法があるが、十分な耐熱性、耐プラズマエッチング性が得られない。特に、レジストの厚さが厚くなる程、溶媒成分の蒸発・除去が難しくなり、十分な耐熱性、耐プラズマエッチング性が得られない。
【０００６】
そこで、半導体プロセスでは、フォトレジストのＵＶ（紫外線）硬化プロセスが使用されている。ＵＶ硬化プロセスとしては、表面側にフォトレジストが塗布された半導体ウエハを、減圧下で、ヒータ内蔵のウエハ処理台に載せてウエハの裏面側から加熱しながら、ウエハの表面側からフォトレジストに紫外線を照射することが行なわれている（特許第２７９８７９２号公報参照）。
ＵＶ硬化で使用される紫外線の波長は、３００ｎｍよりも短い光照射が主流である。これは、ノボラック樹脂と感光材が複合し架橋反応を起こすことでレジストの耐熱性が向上すると考えられているからである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
基板を加熱する機構において基板が大気中にある場合は、空気の対流、伝熱（基板と加熱治具との接触）、放射の３つの伝達方法がある。加熱治具を真空中に配置した場合は、加熱板と基板との隙間も真空になるため、空気の対流による熱の伝達がなくなってしまい、加熱板から基板への熱の伝わり方は、伝導と放射のみになってしまう。つまり加熱板から基板へ熱が伝わりにくくなり、加熱板表面と基板の温度差が大きくなる。このため、加熱板設定温度を高めに設定する必要がある。
【０００８】
また、上記のＵＶ硬化法では、フォトレジストは基板裏面（フォトレジストのない面）から加熱される。つまり、レジスト内の溶剤の蒸発に寄与する熱エネルギーは「レジスト下部から供給される」のに対して、溶剤の揮発を助ける真空の環境は「レジスト表面」から作用する。また、紫外線も同様に「レジスト表面」から照射される。上記のＵＶ硬化プロセスは半導体プロセスで行なわれるものであり、本発明が対象にしているような、厚みのある３次元構造のフォトレジストパターンを硬化させるプロセスにそのまま適用しようとすれば、次のような種々の問題が生じる。
【０００９】
▲１▼レジスト内の気泡の発生と残留
ポジ型レジストは、紫外線照射時にＮ2ガスを放出する。これを完全に放出しきらない内にレジスト表面に硬化層が形成されると、Ｎ2ガスが気泡のまま残ってしまい、レジスト破裂の原因となる。これは、紫外線照射がレジスト表面から行なわれて表面硬化層が形成され、Ｎ2ガスが蒸発する経路が塞がれるためである。特に、レジスト膜厚が厚くなるほどこの問題が顕著に現われる。
【００１０】
▲２▼本発明が対象とする方法ではレジストが厚くなるため、光が基板表面（レジスト下部）まで到達しにくい。特に、紫外線照射がレジスト表面から行なわれると、表面層のみが硬化し、この硬化層が３００ｎｍ以下の波長の光を強く吸収してレジスト内部への光の浸透を妨げる。この表面硬化層の形成は、有機溶媒成分の蒸発が表面で部分的に行なわれる場合、つまり加熱のみによっても起こる。その結果、レジスト内部の耐熱性が向上しなかったり、処理時間が長くなるという問題が生じる。
また、レジスト内部の耐熱性が所定の温度まで達しない状態で、十分に加熱するために加熱板の設定温度を高くすると、レジストパターンが変形したり、皺が発生したりする。
【００１１】
▲３▼従来の方法では、基板裏面を加熱部材に接触させて加熱するため、基板の裏面に傷が付くおそれがある。従来のように半導体ウエハの場合は問題がなくても、本発明が対象にする光学素子を形成する基板の場合には、透過特性に影響がでてくる。それを避けるために、基板裏面と加熱部材との間に隙間を設けると、今度は基板裏面と加熱部材との温度差が大きくなるという問題が生じてくる。
本発明は、これらの問題を解決して基板上に形成された厚みのある高分子材料層のパターンを硬化させる方法と装置を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の硬化方法は、透明ガラス基板の表面側に形成されパターニングされた高分子材料層を硬化させる際に適用される。その高分子材料層の好ましい例は感光性材料層であり、透明ガラス基板の表面側に塗布され、所望の形状に応じてパターニングされたものである。
感光性材料層の場合、所望の特殊表面形状を形成すべき基板材料表面上に所定の厚さに感光性材料を塗布して感光性材料層を形成し、目的の特殊表面形状に対応して予め別途の方法で設計されたマスクを使用し感光性材料層にマスクパターンを露光する。
【００１３】
本発明では透明ガラス基板を用いる。この基板上に感光性材料層を塗布し、所望の形状に応じて感光性材料層をパターニングする。所望の形状とは、半導体のようにライン／スペ−スでもよいし、三次元構造でもよい。またマイクロマシニング用の構造部品でもよい。次いで、現像、リンスを実施する（必要に応じてＰＥＢ（ポスト・エクスポジャー・ベーク）する）。その後、レジストを硬化させて耐エッチング性と耐熱性を向上させるために紫外線照射する。
その硬化の工程において、本発明では、減圧下で、その対象とする高分子材料層を硬化させうる波長域の紫外線と加熱用赤外線を透明ガラス基板の裏面側から照射する。
【００１４】
本発明では透明基板を使用し、基板裏面側から紫外線照射と赤外線照射を行なっている。紫外線照射によって高分子材料層の硬化を、赤外線照射によって高分子材料層の加熱をそれぞれ実現している。紫外線照射と赤外線照射を基板裏面から行なうことによって、高分子材料層の硬化をレジスト加熱部位側から行ない、表面硬化層の形成を防ぎ、赤外線照射によって均一な加熱と高精度な温度制御を実現している。
【００１５】
レジスト温度（基板温度）を上げて紫外線照射すると硬化反応が促進され、硬化層の厚さの増加により耐熱性向上が著しくなる。
レジスト耐熱性向上は、紫外線により架橋反応が進み、レジストが高分子化するためである。
減圧下で硬化処理すると、短時間で硬化処理できる。これは、減圧下では水分や溶剤が除去され硬化速度が速くなるためである。
【００１６】
基板加熱方法として赤外線加熱を行なうことによって、真空中での熱伝導の不均一性や熱の伝わり難さ、再現性向上等を実現している。これは、硬化反応は、紫外線が照射される部分から進むためである。硬化層の厚さが増加すると、高分子材料層の耐熱性が向上する。
硬化プロセスは、紫外線光を照射しながら、基板温度を求められる耐熱温度まで上昇させることが重要である。また、温度をどのような勾配で上昇させるか、照射強度をいくらにするか、照射量をどうするかが重要となる。このように多くの要素があるが、レジストの種類、厚さ、処理法などにより手法が異なってくる。
【００１７】
この硬化方法を実現する本発明の硬化装置は、表面側に高分子材料層パターンが形成された透明ガラス基板をその高分子材料層パターンが上向きになるようにその透明ガラス基板の周辺部で保持する基板保持機構と、その透明ガラス基板の下方に配置され、前記高分子材料層を硬化させうる波長域の紫外線を透明ガラス基板を通してその高分子材料層に照射する紫外線照射機構と、透明ガラス基板の下方に配置され、高分子材料層を加熱するための赤外線を透明ガラス基板を通して高分子材料層に照射する基板加熱機構と、前記透明ガラス基板及び前記基板保持機構を収容し、前記紫外線照射機構からの紫外線及び前記基板加熱機構からの赤外線を入射させる入射窓を有し排気機構を備えて内部を減圧状態にする減圧容器とを備えている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明で高分子材料層を硬化させる紫外線は３００ｎｍ以下の波長をもつものが好ましい。そのような波長をもつ光源としては、低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、キセノンランプ、メタルハライドランプなどを使用することができる。
紫外線用光源の好ましい一例は、１８５ｎｍ付近と２５４ｎｍ付近に強い強度をもつ紫外線を発生するオゾン洗浄用ランプである。この２種類の波長の紫外線を使用することにより、硬化速度を速めることができる。これは、硬化速度、硬化層の厚み、耐熱性はレジストの種類によって異なるためである。
【００１９】
２種類の波長の紫外線は同時に照射してもよく、フィルタにより選択して順次照射してもよい。順次照射する場合は、初めに１８５ｎｍ付近の紫外線を照射し、その後２５４ｎｍ付近の紫外線を照射するようにするのが好ましい。これにより、硬化速度をより速めることができる。
紫外線は、照射波長の一部をフィルターでカットして照射すると発泡を防止できることを見いだした。また、紫外線照射される高分子材料が感光性材料であり、かつポジ型フォトレジストである場合は、３００〜５００ｎｍの紫外線により高分子鎖が破壊されるように設計されている。したがって、この硬化の工程には有害となるそのような波長を除去するためにもフィルタを使用するのが好ましい。
【００２０】
対象となる高分子材料に応じて照射する紫外線の波長を使い分けるとともに、照射のタイミングを使い分けることが好ましい。これは、紫外線照射強度よりも照射時の温度が支配的で、温度を上昇させながら照射したほうが硬化速度が大きくなるためである。
紫外線の照射は、初めに照射強度を弱くしておき、その後照射強度を強くすることが好ましい。感光性材料層が厚い場合、最初から強い紫外線を照射すると発泡し、泡がそのまま感光性材料層中に残存したり破裂を生じたりし、感光性材料パターンを損なうことになる。これを防ぐためには、最初に弱い紫外線強度で数秒から３０秒程度照射し、発泡の原因となるガス放出を行なうのがよい。
赤外線は波長が０.８μｍ〜５.０μｍの赤外線であることが好ましい。
【００２１】
本発明の硬化装置の特徴は、基板保持機構は基板周辺部で基板を保持し、紫外線ランプと基板加熱用の赤外線ランプを基板裏面側に配置している点にあるが、紫外線ランプと赤外線ランプは平行に設置し、かつ互いに干渉しないように配置するのが好ましい。更には、照度、強度が均一となるように補助反射板を設置するのが好ましい。
紫外線ランプと赤外線ランプの使用時期は、実施例に示すように赤外線ランプを初めに照射して高分子材料層が所定の温度に達した後に、紫外線ランプを照射するのが好ましい。
【００２２】
真空引きの時期は、赤外線ランプの照射と同時に開始する。
本発明の硬化方法は、感光性材料層以外の高分子材料層にも適用することができる。そのような高分子材料層としては、インク、接着剤、塗料、表面処理被膜等を挙げることができる。
【００２３】
【実施例】
図１に本発明の硬化装置の一実施例を示す。
２は減圧容器の真空チャンバーであり、その内部に基板保持機構の基板ホルダー４が設けられている。基板ホルダー４は、表面側に高分子材料層パターンが形成された透明ガラス基板６を、その高分子材料層パターンが上向きになるように、基板６の周辺部で保持する。
【００２４】
真空チャンバー２はその下面が合成石英板の入射窓になっており、その入射窓を介して高分子材料層を硬化させるための紫外線と、高分子材料層を加熱するための赤外線とが真空チャンバー２内に入射し、透明ガラス基板６を経てその表面に形成された高分子材料層パターンに照射される。真空チャンバー２には、その内部を減圧状態にするために、排気速度を制御するための圧力制御機構（バルブ）８を介して真空ポンプ１０が設けられている。
真空チャンバー２にはさらに、真空チャンバー２をリーク（真空解除）する際に導入する窒素を供給する窒素供給機構１２と、真空チャンバー２からその窒素を排出するベント１４とが設けられている。
【００２５】
真空チャンバー２の側面には、基板６を基板ホルダー４に載置したり基板ホルダー４から取り出したりする際に真空チャンバー２内の真空を破壊することなく作業を継続できるようにするために、ロードロック室１６が設けられている。１８は硬化処理前後の基板６を収容する基板キャリアであり、搬送ロボット２０により基板キャリア１８とロードロック室１６との間で基板の授受がなされる。
真空チャンバー２の下部には、入射窓を介して紫外線を照射するＵＶ（紫外線照射）ランプ２２と、赤外線を照射する赤外線ランプ２４とを備えた照明装置が配置されている。２６はＵＶランプ２２の電源、２８はＵＶランプ２２を冷却するペルチェ素子を備えた冷却装置である。ランプ２２と赤外線ランプ２４には、図示していないが、シャッター、フィルター、照射強度均一化のための補助反射板が設置されている。
【００２６】
３０は各部に必要な電源を供給する電源装置である。破線で囲まれた外枠はこの硬化装置全体を意味しており、３２はその硬化装置全体のクリーン度を制御するための空調制御装置である。
ＵＶランプ２２としては、ＵＶオゾン洗浄用ランプ（岩崎電気製ＱＯＬ３５０Ｕ−３：３５０Ｗ）を３灯用いた。このランプは、１８５ｎｍと２５４ｎｍの主たる紫外線波長を出している。これらのどの波長を使用するかは、照射装置内に設置したフィルターによって自動制御している。照射強度は、照射距離を変更することによって最大７０ｍＷから最小２４ｍＷまで可変である。
【００２７】
（実施例1）
（液晶用微小寸法ＭＬＡ製作の場合）
実施例１は微小ピッチＭＬＡ（マイクロレンズアレイ）の製作に本発明を適用した例である。
液晶プロジェクタ用ＭＬＡにおいて、０．９”−ＸＧＡ用の画素サイズは、１８μｍ×１８μｍである。このＭＬＡにおいては、レンズの両側に各１μｍづつのレンズ非形成部がある場合は、１７μｍ×１７μｍのマイクロレンズ領域となり、全体の面積に占めるＭＬＡ面積は、
１７×１７／１８×１８＝２８９／３２４＝８９.２（％）
となり、ＭＬＡで全ての光を有効に集光することができても８９.２パーセントの集光効率でしかない。すなわち、ＭＬＡの非形成部の面積を小さくすることが光利用効率を向上させるには重要である。
【００２８】
そこで、ここでは、マイクロレンズの隣接間隔を限りなく零に近づけた微小ピッチＭＬＡ用のレチクルを予め用意する。そのレチクルについて説明すると、１／５倍（縮小の）ステッパーを用いるため、実際に製作したレチクルパターン寸法は、９０μｍ×９０μｍである。この１個のＭＬＡを３．０μｍの単位セルに分割し、縦×横＝３０×３０（個）＝９００（個）の単位セルに分割する。次に、中央部の２×２単位セル（レチクル上では６μｍ×６μｍで、実際のパターンでは１．２μｍ×１．２μｍである。）にはセルＮｏ.１番（クロム全部残り）を配置する。また、レンズ四隅部分はセルＮｏ．８０番（クロム残り部分なし）を配置する。この間のＮｏ．１〜８０のセルには、各「階調」に対応する「開口面積」を対応させている。この関係は、露光プロセスとレジスト感度曲線から得られる関係である。勿論、レジスト材料やプロセスが異なればその都度感度曲線を把握する必要がある。
【００２９】
次に、上記レチクルをマスクとして使用して液晶プロジェクタ用ＭＬＡを製作する工程を説明する。
直径８インチのネオセラム基板を用意し、この基板上にポジ型フォトレジストＴＧＭＲ−９５０（東京応化製）を７.９μｍの厚さに塗布する。
次にこの基板をホットプレートを用いて、９０℃にて１８０秒間プリベークした。この基板を上記１／５ステッパーで上記レチクルマスクを使用して露光した。このレチクルの形状は、液晶プロジェクター用のＭＬＡ仕様のものである。露光条件は、デフォーカス量：＋１０μｍ、照射量：３９０ｍＷ×１．９２秒（照度：７２０ｍＪ）である。露光後のレンズ間間隔は、ほぼ零である。なお、デフォーカス量の＋の符号は、投影露光される光の焦点がレジスト表面の上方にあることを意味している。
その後、ＰＥＢを１１０℃で１８０秒間行なった。
【００３０】
露光後のフォトレジストを現像し、リンスを施してレジストパターンを形成した。リンス後のレジスト高さは、５.０μｍであった。
ついで、図１の紫外線硬化装置にて２１０秒間紫外線を照射しながら真空引きを実施して、レジストの硬化を行なった。本実施例のＵＶ硬化条件は、自動搬送装置２０で基板６を搬入した後に、真空引き用バルブ８を開け真空引きを始める。真空引きは、６０秒で１ Ｐａまで粗引きし、その後、ドライポンプにて０．９ Ｐａに維持する。基板６の加熱は、真空引きが開始されると同時に赤外線ランプ２４から赤外線を照射して基板加熱を開始する。基板温度は、６０秒以内に６０℃まで上昇させ、これを維持する。その後、３０秒間１８５ｎｍの紫外線をレジストに照射し、ゆっくりと初期硬化を行なう。次いで、温度を維持したままで、２５６ｎｍの紫外線で１２０秒間照射してレジストを硬化させる。
【００３１】
１８５ｎｍと２５４ｎｍの波長の切替えは、シャッターを一度閉めた後にフィルターを交換して実施した。照度は、１８５ｎｍが低く２４ｍＷ／ｃｍ2、２５４ｎｍは高く５０ｍＷ／ｃｍ2である。この間真空度は維持したままである。硬化処理後、レジストパターンの形状を測定すると、硬化処理前と全く変化はなかった。
このＵＶ硬化工程によって、レジストの耐プラズマエッチング性と耐熱性が向上し、次工程での加工に耐えられるようになる。
【００３２】
ＵＶ硬化工程を経た基板６をＩＣＰドライエッチング装置にセットし、真空度１．５×１０-3 Ｔｏｏｒで、反応ガスをＣＨＦ3：５．０ｓｃｃｍ、ＣＦ4：５０ｓｃｃｍ、Ｏ2：２０ｓｃｃｍで流し、基板バイアス電力:６００Ｗ、上部電極電力：１．２５ＫＷ、基板冷却温度：−２０℃の条件下でドライエッチングを行なった。またこの時、基板バイアス電力と上部電極電力を経時的に変化させ、時間変化とともに選択比（基板のエッチング速度／レジストのエッチング速度）が大きくなるように変更しながらエッチングを行なった。基板の平均エッチング速度は、０．６３μｍ/分であったが、実際のエッチンング時間は、１１.５分を要した。エッチング後のレンズ高さは５．３３μｍであった。エッチング後のガラス表面は粗れることもなく、良好な耐熱性と耐プラズマエッチング性を示した。
【００３３】
（実施例２）
実施例２としてフレネルレンズを製作した。本実施例ではフレネルレンズとして、基板材料：ＢＫ−７、焦点距離：ｆ＝６.２５（ｍｍ）、開口数：ＮＡ＝０.４（１０λギャップ）の６５輪帯のフレネルレンズを製作した。
図２はそのフレネルレンズ４２の光軸Ｏから右側の部分の一部を示したものであり、ｔは基板の厚さ、ｈ(ｎ)（ｎ＝１，２，３・・・）は光軸Ｏから各輪帯までの面高さ、△Ｚ(ｎ)は各輪帯の表面から谷までの深さを表わすサグ量、θは傾き角である。
【００３４】
ここで、フレネルレンズの各輪帯の曲面形状を表わす非球面式：Ｚ(ｎ)は、
Ｚ(ｎ)＝ｃｈ(ｎ)2／｛１＋（１−（Ｋ＋１）ｃ2ｈ(ｎ)2）1/2｝
＋Ａｈ(ｎ)4＋Ｂｈ(ｎ)6＋Ｃｈ(ｎ)8＋Ｄｈ(ｎ)10
で表わされ、面高さ：ｈ(ｎ）は、
h(n)＝（Ｘ2＋Ｙ2）1/2
であり、傾き角θは、
θ＝arctan(ｄｚ／ｄｈ）
であり、傾斜度ｄｚ／ｄｈは、
ｄｚ／ｄｈ＝ｃｈ(ｎ)2／｛（１−（Ｋ＋１）ｃ2ｈ(ｎ)2）1/2｝
＋４Ａｈ(ｎ)3＋６Ｂｈ(ｎ)5＋８Ｃｈ(ｎ)7＋１０Ｄｈ(ｎ)9
である。また、
設計波長λ＝７８０（ｎｍ）、
基板厚さｔ＝１±０．０５（ｍｍ）
（平行度：φ５ｍｍで０.１μｍ以下）、
基板の屈折率ｎ＝１.５１１１８、
バックフォーカスＢＦ＝５.５８８２６８
である。また、各非球面係数は、
ｃ＝１／Ｒ
＝０.３１３００３２５１（曲率半径Ｒ＝３.１９４８５５）、
Ｋ＝−０.８７９８５５５３２、
Ａ＝−０.０００１０５９５１、
Ｂ＝６.２００６１３×１０-6、
Ｃ＝０、
Ｄ＝０
である。また、１〜６５の輪帯のサグ量を計算した結果を図３〜図７に示す。
【００３５】
以上に基づいて６５輪帯のフレネルレンズを設計したが、図３〜図７に示す設計値ではフレネルレンズの中央と外周側とでは輪帯の高さ（サグ量：ΔＺ（ｎ））に１.５μｍ程度の差があるため、フレネルレンズの各輪帯の高さが１５.５μｍの同じ高さになるようにレンズ設計を補正し、この補正した値でフレネルレンズを製作した。
フレネルレンズの場合には、外周部輪帯の曲率が大きくなるため、単位セル形状を２μｍ×２μｍの正方形、ドット形状を円形状（同心円状に面積を増加させる方法）、ドット配置を中心配置として濃度分布マスクを製作した。
【００３６】
レジストの感度曲線と上の計算式から濃度分布マスクパターンＮｏ．の配列を決定し、濃度分布マスクを製作した。
次に、上記マスクを使用して製作するフレネルレンズの例を述べる。
ＢＫ−７ガラス基板を用意し、この基板上に前記のＴＧＭＲ−９５０レジスト（東京応化社の製品）を約８.５μｍの厚さに塗布した。次に、ホットプレートを用いて、９０℃にてベーク時間１８０秒でプリベークした。
この基板を１／２．５ステッパーで露光した。露光条件は、デフォーカス：＋５μｍ、照射量：３９０ｍＷ×１.９２秒（照度：７２０ｍＪ）である。
【００３７】
この条件で露光後、ＰＥＢを１１０℃にて３分実施した。この時のレジスト高さは、７．５μｍであった。その後、現像とリンスを施してレジストパターンを形成した。
ついで、図１の紫外線硬化装置にて２１０秒間紫外線を照射しながら真空引きを実施して、レジストの硬化を行なった。この操作によって、レジストの耐プラズマエッチング性と耐熱性が向上し、次工程での加工に耐えられるようになる。
【００３８】
本実施例のＵＶ硬化条件は、自動搬送装置で基板６を搬入した後に、真空引き用のバルブ８を開け真空引きを始める。６０秒で１ Ｐａまで粗引きする。その後、ドライポンプにて０．９５ Ｐａに維持する。基板加熱は、真空引きが開始されると同時に赤外線ランプ２４から赤外線を照射し、基板加熱を開始する。６０秒以内に５５℃まで上昇させこれを維持する。その後、２０秒間１８５ｎｍの紫外線を照射し、ゆっくりと初期硬化を行う。次いで、温度を維持したままで、２５４ｎｍの紫外線で１３０秒間照射し、レジストを硬化させる。
【００３９】
１８５ｎｍと２５４ｎｍの波長の切り替えは、シャッターを一度閉めた後にフィルターを交換して実施した。照度は、１８５ｎｍが低く２４ｍＷ／ｃｍ2、２５４ｎｍは高く５５ｍＷ／ｃｍ2である。この間真空度は維持したままである。硬化処理後、レジストの形状を測定すると硬化処理前と全く変化はなかった。
【００４０】
ＵＶ硬化工程を経た基板６をＩＣＰドライエッチング装置にセットし、真空度１．５×１０-3 Ｔｏｏｒで、反応ガスをＣＨＦ3：１０．０ｓｃｃｍ、ＣＬ2：１．０ｓｃｃｍ、ＣＦ4：１５．０ｓｃｃｍ、Ｏ2：０．９ｓｃｃｍで流し、基板バイアス電力:１ＫＷ、上部電極電力：１．２５ＫＷ、基板冷却温度：−２０℃の条件下でドライエッチングを行なった。またこの時、基板バイアス電力と上部電極電力を経時的に変化させ、時間変化とともに選択比が大きくなるように変更しながらエッチングを行なった。基板の平均エッチング速度は１．１７μｍ/分、平均の選択比は２．０７であった。エッチング後のレンズ高さは１５．５５μｍであった。実際のエッチンング時間は１３.５分を要した。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の紫外線照射による硬化方法と硬化装置を用いると、下記の効果が得られ色々の問題が解決できた。
▲１▼赤外線照射により高分子材料層の裏面側から加熱するため、基板内温度分布の制御が可能となり、レジスト内の気泡の発生と残留を抑えることができた。
▲２▼基板内の温度分布が小さくなった。レジスト硬化が基板側から可能となり、熱変形、皺発生がなくなり、熱によりレジストが熱変形することがなくなった。
▲３▼レジスト厚さ７μｍ以上の場合も完全硬化できた。このように、レジストが厚くても、耐熱性が不十分であることがなくなった
▲４▼紫外線照射及び赤外線照射を高分子材料のある側とは反対側から行なうことによって、溶剤、およびレジスト自体の蒸発によって、ランプ側の入射窓が汚れることがなくなったため、真空容器内が汚れなくなり、メンテナンス時間が少なくなった。
▲５▼レジストの種類に応じた硬化条件が設定でき、多くのレジストの硬化が可能となり、レジストの種類によらず硬化効果が出せるようになった。
▲６▼基板裏面キズが生じなくなった。そして、ヒータを用いる場合のように基板とヒータとの間にギャップを設ける必要がなくなり、ギャップを設けることにより基板温度に差が生じることがなくなった
【図面の簡単な説明】
【図１】硬化装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図２】フレネルレンズの一部を示す断面図である。
【図３】設計したフレネルレンズの１〜４輪帯を示す図である。
【図４】同フレネルレンズの４〜１５輪帯を示す図である。
【図５】同フレネルレンズの１５〜３３輪帯を示す図である。
【図６】同フレネルレンズの３３〜５８輪帯を示す図である。
【図７】同フレネルレンズの５８〜６５輪帯を示す図である。
【符号の説明】
２      真空チャンバー
４      基板ホルダー
６      透明ガラス基板
１０      真空ポンプ
２２      ＵＶランプ
２４      赤外線ランプ
【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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