(57)【要約】【課題】不要マスク部の除去工程をなくし、また、機械的振動や粘着力など何らかの力を利用して不要マスク部を除去しやすくする基板の製造方法を提供する。【解決手段】（ａ）：基板２上に多結晶シリコン膜１を製膜する。（ｂ）：製膜した多結晶シリコン膜１に開口３を形成する。（ｃ）：開口３の周囲に溝部４を設ける。（ｄ）：エッチングの進行とともにキャビティ５が形成され、溝部４の溝が深くなる。（ｅ）：溝部４が貫通することで、マスク不要部６の一部が除去される。尚、フォトレジストの層やマスク層、エッチングによる開口の形成などは、公知の技術を用いることができる。【選択図】図１
2012177775.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エッチングにより基板に凹曲面を形成する基板の加工方法であって、
円形パターンの円形開口部を有する第１のマスクと、該第１のマスクの前記円形開口部と同心円状、且つ大径の環状の環状開口部を有する第２のマスクと、を用意し、
前記基板面に多結晶シリコン膜を製膜し、該多結晶シリコン膜の上にフォトレジスト層を形成し、前記第１のマスクを用いて前記フォトレジスト層に前記円形開口部に相当する開口を形成してからエッチングを行うことにより前記多結晶シリコン膜に開口を形成する第１の工程と、
該開口が形成された多結晶シリコン膜の上に再度フォトレジスト層を形成して前記第２のマスクを用いて前記フォトレジスト層に前記環状開口部に相当する開口を形成してからエッチングを行うことにより前記多結晶シリコン膜に前記環状開口部に相当する環状溝部を形成する第２の工程と、
前記円形開口部に相当する開口及び前記環状溝部が形成された多結晶シリコン膜をマスクとして前記基板にエッチングを行う第３の工程と、
を備えたことを特徴とする基板の加工方法。
【請求項２】
前記多結晶シリコン膜に形成された円形開口部の開口径をφ、前記第３の工程における前記基板と多結晶シリコン膜との選択比をα、エッチングファクタをε、相対深さの上限をＤとするとき、前記円形開口部の周囲に設ける環状溝部の位置ｘ、該環状溝部の底部の厚みｔを
ｘ≦（Ｄ／ε）φ
ｘ／α≦ｔ≦｛（Ｄ／ε）φ｝／α
の関係を満足するように設定したことを特徴とする請求項１に記載の基板の加工方法。
【請求項３】
前記エッチングは、等方エッチングにより行うことを特徴とする請求項１に記載の基板の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の加工方法に関し、特に、マイクロレンズアレイを製造する過程で発生するマスクの不要部を除去する基板の加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶パネルの光利用効率を向上させるためにマイクロレンズが利用されている。マイクロレンズの製造方法の一つに、ウエットエッチングを利用して基板に半球面状の凹部を形成し、その凹部内に樹脂を充填して成形してから取り出すことによりレンズを得るものがある。ウエットエッチングは、図８に示すとおり、基板３０に開口３４を有するマスク層３３を設けて行なうが、エッチングが進行すると、凹曲面状のキャビティ３１ができ、基板３０に密着していないマスク層３３の不要部３２が生じる。キャビティ３１が深くなるにつれて、キャビティ３１の表面は開口部３４から遠くなり、且つエッチング液が不要部３２で制限されて流動性が悪くなりキャビティ３１の表面に到達しづらくなる。また、エッチング液との反応によって水に難溶性の生成物（副生成物）が生じた場合、マスク層３３の開口部３４が副生成物によって塞がってしまう場合等がある。
この結果、不要部３２が残って液の循環が阻害されて、キャビティ３１内と外、エッチング表面近傍と周囲に濃度分布が生じやすくなり、エッチング速度や形状が影響されて、形状制御性が損なわれる問題があった。
この問題を解決するために、従来技術として特許文献１及び２には、形状制御性を高めるために、エッチングの途中で、不要マスク部を除去する工程を設けているものがある。即ち、形状制御性を高めるために、エッチングの途中で、不要マスク部を除去する工程を設け、高周波で機械的振動を与えたり、粘着テープではがすことで除去している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１及び２に開示されている従来技術は、不要部を除去するときに残すべき必要部のマスクまではがれてしまう可能性がある。また、除去工程を設けることにより、新たな設備や薬品等、生産コストの増大や生産性の低下を招くおそれがある。
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、不要マスク部の除去工程を削減し、仮に、不要マスク部が残った場合でも不要マスク部を除去しやすくする基板の加工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】
【０００４】
本発明はかかる課題を解決するために、請求項１は、エッチングにより基板に凹曲面を形成する基板の加工方法であって、円形パターンの円形開口部を有する第１のマスクと、該第１のマスクの前記円形開口部と同心円状、且つ大径の環状の環状開口部を有する第２のマスクと、を用意し、前記基板面に多結晶シリコン膜を製膜し、該多結晶シリコン膜の上にフォトレジスト層を形成し、前記第１のマスクを用いて前記フォトレジスト層に前記円形開口部に相当する開口を形成してからエッチングを行うことにより前記多結晶シリコン膜に開口を形成する第１の工程と、該開口が形成された多結晶シリコン膜の上に再度フォトレジスト層を形成して前記第２のマスクを用いて前記フォトレジスト層に前記環状開口部に相当する開口を形成してからエッチングを行うことにより前記多結晶シリコン膜に前記環状開口部に相当する環状溝部を形成する第２の工程と、前記円形開口部に相当する開口及び前記環状溝部が形成された多結晶シリコン膜をマスクとして前記基板にエッチングを行う第３の工程と、を備えたことを特徴とする。
エッチングにより基板に凹曲面を形成する場合、マスクとして使用する多結晶シリコン膜の一部が不要部として残る場合がある。この不要部は、凹曲面を形成する上で必要なエッチング液の流動を妨げるといった問題がある。そこで本発明では、多結晶シリコン膜の円形開口部の周辺に溝を形成して、エッチングの進行に伴って、溝をエッチングして貫通させることにより、円形開口部周辺の不要部を除去する。これにより、エッチング液の流動性を高めることができる。
【０００５】
請求項２は、前記多結晶シリコン膜に形成された円形開口部の開口径をφ、前記第３の工程における前記基板と多結晶シリコン膜との選択比をα、エッチングファクタをε、相対深さの上限をＤとするとき、前記円形開口部の周囲に設ける環状溝部の位置ｘ、該環状溝部の底部の厚みｔをｘ≦（Ｄ／ε）φ、ｘ／α≦ｔ≦｛（Ｄ／ε）φ｝／αの関係を満足するように設定したことを特徴とする。
環状溝部の位置については、環状溝部の位置が円形開口部から離れ過ぎていると、エッチング端が広がる前に貫通がおきて、必要部のマスクにピンホールが生じた状態となり、所望の凹曲面形状が得られない。また、エッチング端が十分広がった後に貫通が起きた場合は、その過程で相対深さがかなり大きくなり、生成物が開口につまる虞があり、当初の目的が果たせなくなる。また、厚みについては、厚みが薄すぎるとエッチング端が広がる前に貫通がおきてしまい、厚すぎると相対深さがかなり大きくなり、生成物が開口につまる虞がある。このことから、環状溝部の位置と底部の厚みを適切に調整する必要がある。
【０００６】
請求項３は、前記エッチングは、等方エッチングにより行うことを特徴とする。
エッチングには、異方エッチングと等方エッチングがある。本発明の場合は、基板に凹曲面を形成するため、等方エッチングが好ましい。等方エッチングは、全ての方向に同じ速度でエッチングが進行するため、凹曲面を形成するためには好都合である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、不要マスク部の除去工程をなくすことで生産性が向上する。また、機械的振動や粘着力を利用して不要マスク部を除去する場合でも、除去しやすくでき、マスクの基材に密着している部分に悪影響を及ぼすことなく、基材に密着していないマスクの不要部を高周波振動の付与によって容易に、かつ確実に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の基板の製造方法を用いたウエットエッチングによる基板への凹曲面を形成する工程を説明する図であり、（ａ）は基板面にシリコン膜を製膜する図、（ｂ）は開口を形成する図、（ｃ）は環状溝部を形成する図、（ｄ）はキャビティを形成する図、（ｅ）はマスク不要部を除去する図である。
【図２】フォトレジスト露光用のフォトマスクの一例を模式的に示す図であり、（ａ）は開口を形成するマスクの図、（ｂ）は環状溝部を形成するマスクの図である。
【図３】開口の周囲に環状溝部を有するマスク層の形成工程を示す図であり、（ａ）は基板面にシリコン膜を製膜する図、（ｂ）は開口を形成する図、（ｃ）は環状溝部を形成する図である。
【図４】（ａ）は環状溝部をどの位置に設けて底部の厚みをどれくらいにすれば良いか示す図、（ｂ）はエッチングファクタを説明する図である。
【図５】エッチングの進行にともなう相対深さの増大を低減する効果を示す図である。
【図６】（Ａ）が比較例、（Ｂ）が実施例１を示す図である。
【図７】（Ａ）は実施例２に係るマスク層とエッチングの様子とを示す図であり、（Ｂ）は実施例３に係るマスク層とエッチングの様子とを示す図である。
【図８】従来のウエットエッチングによる基板への凹曲面を形成する工程を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は、本発明の基板の製造方法を用いたウエットエッチングによる基板への凹曲面を形成する工程を説明する図である。円形パターンの円形開口部８を有するマスクＡ（第１のマスク）（図２参照）と、マスクＡの円形開口部８と同心円状、且つ大径の環状の環状開口部９を有するマスクＢ（第２のマスク）（図２参照）と、を用意し、（ａ）：基板面２に多結晶シリコン膜１を製膜する。（ｂ）：多結晶シリコン膜１の上にフォトレジスト層を形成し、マスクＡを用いてフォトレジスト層１に円形開口部８に相当する開口を形成してからエッチングを行うことにより多結晶シリコン膜１に開口３を形成する。（ｃ）：開口３が形成された多結晶シリコン膜１の上に再度フォトレジスト層を形成してマスクＢを用いてフォトレジスト層１に環状開口部９に相当する開口を形成してからエッチングを行うことにより多結晶シリコン膜１に環状開口部９に相当する環状溝部４を形成する。（ｄ）：円形開口部８に相当する開口３及び環状溝部４が形成された多結晶シリコン膜１及び基板２にエッチングを行いキャビティ５を形成する。（ｅ）：環状溝部４が貫通することで、マスク不要部６の一部が除去される。尚、フォトレジストの層やマスク層、エッチングによる開口の形成などは、公知の技術を用いることができる。
【００１０】
図２はフォトレジスト露光用のフォトマスクの一例を模式的に示す図である。図３は開口の周囲に溝部を有するマスク層の形成工程を示す図である。
２枚のフォトマスクを用いる場合を示す。各マスクのパターンは、図２に示す各開口８、９を１パターンとして複数配列することで形成される。これにより開口３の周囲の同心円状の環状溝部４を形成できる。同心円状とすることで、等方エッチングにより不要マスク部６が等方的に広がったときに、環状溝部４が同じタイミングで貫通するため、離脱がスムーズにおきる。また、等方形状のため、エッチング中の液の循環や、貫通が起きて開口３が広がった後も形状が変わらず、形状の均一性が維持される。
【００１１】
図３を参照してマスク層の形成の一例について説明する。フォトレジストの層やマスク層、エッチングによる開口の形成などは、公知の技術を用いることができる。（ａ）：ガラス基板２に多結晶シリコン膜１を製膜する。（ｂ）：多結晶シリコン膜１の上にフォトレジストの層を形成し（図示せず）、マスクＡ（図２（ａ））を用いてフォトレジストに開口を形成する。そして多結晶シリコン膜１をエッチングして多結晶シリコン膜１に開口３を形成して、その後、フォトレジストを除去する。（ｃ）フォトレジストが除去された多結晶シリコン膜１の上に再度、フォトレジストの層を形成し（図示せず）、マスクＢ（図２（ｂ））を用いて、アライメントをとって、フォトレジストに開口を中心とした同心円状に円環状の開口を形成する。マスクには、マスクＡとＢのアライメントをとるアライメントマークを設けてある。そして、多結晶シリコン膜１をエッチングして多結晶シリコン膜１に開口３を中心とした同心円状に円環状の環状溝部４を形成して、その後、フォトレジストを除去する。
【００１２】
図４は、環状溝部をどの位置に設けて底部の厚みをどれくらいにすれば良いか示す図である。位置については、環状溝部４の位置が開口３から離れ過ぎていると、エッチング端が広がる前に貫通がおきて、必要部のマスクにピンホールが生じた状態となり、所望の凹曲面形状が得られない。また、エッチング端が十分広がった後に貫通が起きたとしても、それまでに相対深さがかなり大きくなり、生成物が開口につまるおそれがあり当初の目的が果たせない。また、厚みについては、厚みが薄すぎるとエッチング端が広がる前に貫通がおきるし、厚すぎると相対深さがかなり大きくなり、生成物が開口につまる虞がある。以上のように、環状溝部の位置と底部の厚みを適切に調整する必要がある。
【００１３】
図４（ａ）は、環状溝部４の位置と底部ｔの厚みが満たすべき関係が、例えば相対深さを２以下とするには、環状溝部４を位置ｐ（マスク開口端からの距離）、厚みｔ、開口径φ、選択比αとしたときに、下記関係であることを示したものである。
ｐ≦２φ
ｐ／α≦ｔ≦２φ／α
より一般化すると、相対深さＤ、エッチングファクタεのとき
ｐ≦（Ｄ／ε）・φ
ｐ／α≦ｔ≦（Ｄ／ε）・（φ／α）
１）エッチング端の位置（ｘ＝ｃ）は、等方性の場合、深さに等しいため、相対深さＤ＝ｃ／φ
２）Ｄ≦２の球面を形成するには、環状溝部が貫通するときに、エッチング端（ｘ＝ｃ）は、位置２φより内側にあり、エッチング端は環状溝部より外周にある必要がある。
３）そこで以下とする。環状溝部位置ｐを、上記範囲ａ（０〜２φ）とする。環状溝部膜厚ｔを、エッチング端が上記範囲ｂ（ｐ〜２φ）のときに膜が貫通するようにする。
４）選択比αのとき、環状溝部はｃ／αだけエッチングされるから、以下の関係が必要となる。即ち、環状溝部の位置ｐ、膜厚ｔ、開口径φ、マスクと基板の選択比αであるとき、ｐ≦２φ、ｐ／α≦ｔ≦２φ／α
【００１４】
図４（ｂ）はエッチングファクタを説明する図である。
キャビティ５の深さをｃ、キャビティ５の開口径をｂ、開口３の径をａとすると、エッチングファクタ＝ｃ／｛（ｂ−ａ）／２｝と表せる。
【００１５】
図５は、エッチングの進行にともなう相対深さの増大を低減する効果を示す図である。実施例として、ｐ＝１０μｍ、ｔ＝２０ｎｍ、φ＝１０μｍ、α＝１０００の場合を示した。
点線１０は、相対深さを低減する効果を示す。実践１０、１２は必要となるｔ、ｐの関係を示す。実施例として、ｐ＝１０μｍ、ｔ＝２０ｎｍ、φ＝１０μｍ、α＝１０００の場合を示す。比較例１１では、相対深さは、エッチング端（ｘ＝ｃ）の広がりに比例して増大するのに対して、実施例では、環状溝部４が貫通するまでは増大するが、位置ｃ＝２０μｍに達したとき環状溝部４が貫通する。その結果、不要マスク部の一部が除去され、φが３０μｍに広がって相対深さが２から０．７まで低減する。その後、エッチング進行に伴って、相対深さは増大するが、比較例１１では、相対深さが２以下となるのは、エッチング径Ｒ（Ｒ＝φ＋２ｘ）が５０μｍまでの範囲だが、実施例では１３０μｍまでとなり倍以上に広がる。その他、ｔ、ｐを振った結果をグラフ化した。例えば、Ｐ＝２０μｍとすると、φの広がり、相対深さの低減幅が共に増し、それぞれ５０μｍ、０．４になる。Ｔ＝１０ｎｍとすると、早く貫通するので、エッチング初期の相対深さの増大が低減される。例えば、２０μｍの位置に環状溝部４を設ける場合、相対深さ１〜２にするためには、厚みを２０〜４０ｎｍにすることが少なくとも必要となる。
【００１６】
図６は、実施例１と比較例における、マスク層とエッチングの様子とを示す図である。図６（Ａ）が比較例、図６（Ｂ）が実施例１を示す。
図６（Ａ）の比較例では、石英ガラス基板２に厚さ４００ｎｍの多結晶シリコン膜１を製膜した。多結晶シリコン膜１の上にフォトレジストの層を形成してマスクＡ（図２（ａ））を用いてフォトレジストに開口径φ＝１０μｍの開口を形成した。ドライエッチングにより多結晶シリコン膜１に開口３を形成した（図６（Ａ）−（ａ））。
上記工程後、図６（Ｂ）の実施例１では、さらにその上にフォトレジストの層を形成してマスクＢ（図２（ｂ））を用い、アライメントをとって、フォトレジストに開口３を中心とした同心円状に円環状の開口を形成した。ドライエッチングにより多結晶シリコン膜１に環状溝部４を形成した（図６（Ｂ）−（ａ））。このとき、環状溝部の位置ｐ＝１０μｍ、厚みｔ＝２０ｎｍ、溝幅１μｍとなるようにした。
上記マスクにおいて、ウエットエッチングを行なった。エッチング液としてフッ酸系の水溶液を用いた。選択比α＝１０3程度、エッチングファクタε＝１程度となり、深さ２０μｍエッチングしたとき、マスク層は２０ｎｍエッチングされて環状溝部４が貫通して開口が３０μｍに広がった。その後、エッチングを続け、深さ６０μｍ直径１３０μｍの凹部を得た。不要マスク部を除去する工程は設けることなく済んだ。
【００１７】
図７（Ａ）は実施例２に係るマスク層とエッチングの様子とを示す図であり、図７（Ｂ）は実施例３に係るマスク層とエッチングの様子とを示す図である。
図７（Ａ）では、環状溝部４を実施例１より外周に設けた。位置ｐ＝２０μｍとした。図７（Ｂ）では、環状溝部４、４ａを２ヶ所に設けて、外周ほど底部の厚みを厚くした。このとき、環状溝幅４ａを外周ほど狭くすることでマイクロ・ローディング効果により外周ほど厚みを厚くした。
【００１８】
比較例と実施例の形状観察を行なった。電子顕微鏡を用いて、凹部が設けられた面側の表面状態の観察を行い、以下の４段階の基準に従い評価した。
◎：凹部表面が球面状をなし、各部位でのエッチングレートのばらつきによる不本意な凹凸の存在が一切認められない。
○：各部位でのエッチングレートのばらつきによる不本意な凹凸の存在がほとんど認められない。
△：各部位でのエッチングレートのばらつきによる不本意な凹凸の存在が認められる。
×：各部位でのエッチングレートのばらつきによる不本意な凹凸の存在が顕著に求められる。
【００１９】
観察したところ、以下の結果となり、実施例では所望の形状が得やすいことがわかった。
実施例１  △
実施例２  ○
実施例３  ◎
比較例    ×
これは、開口の周囲に環状溝部を設けたことにより、エッチングの途中にマスク不要部の一部または全てが除去されることで、エッチングの進行にともなう相対深さの増大が低減されて、不均一な濃度分布が生じたり、水に難溶性の生成物（副生成物）の影響を抑制できたためと考えられる。
また、各実施例においてはマスク不要部の除去工程を設けておらず、生産性向上の可能性を示す結果と考えられる。
【符号の説明】
【００２０】
１  多結晶シリコン膜、２  基板、３  開口、４  環状溝部、５  キャビティ、６  マスク不要部、８  マスクＡ開口、９  溝部開口、１０  相対深さ２のグラフ、１１  比較例のグラフ、１２  相対深さ１のグラフ、１３〜１６  実施例のグラフ、３０  基板、３１  キャビティ、３２  マスク不要部、３３  マスク層、３４  開口
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特開２００７−１７５８１３公報
【特許文献２】特開２００８−０５８７３６公報
【図１】
2012177775.tif 000003
【図２】
2012177775.tif 000004
【図３】
2012177775.tif 000005
【図４】
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【図５】
2012177775.tif 000007
【図６】
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【図７】
2012177775.tif 000009
【図８】
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