JP2004016922A

JP2004016922A - Coating method, coating apparatus and manufacturing method for mold for molding optical element

Info

Publication number: JP2004016922A
Application number: JP2002175351A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Morikawa; 森川　雅弘; Kazumi Furuta; 古田　和三; Akiko Kuji; 久慈　明希子
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2002-06-17
Filing date: 2002-06-17
Publication date: 2004-01-22
Anticipated expiration: 2022-06-17
Also published as: JP4066237B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a coating method which enables reduction in the amount of a resist solution applied to a substrate when a resist film is formed to the substrate and omits a wasteful part such as a flange part or the like in the outer periphery of the substrate, a coating apparatus and a manufacturing method for a mold for molding an optical element. <P>SOLUTION: In this coating method, the resist solution is atomized by a spraying method or an ink jet method to be bonded to the surface of the substrate 10 and the resist film on the surface of the substrate is leveled by the heat treatment of the substrate to obtain the resist film 13 having a uniform film thickness. Since a spin coating method is not employed, the resist solution can be reduced and the wasteful part such as the flange part or the like in the periphery of the substrate can be omitted. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基材等の被塗布材上にレジスト膜を形成するための塗布方法、塗布装置及び光学素子用成形金型の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、微細な回折構造のある光学素子の製造用の成形金型を３次元電子ビーム描画方法で製造する工程において、基材にレジスト溶液を塗布しレジスト膜を形成する際にスピンコート法を用いていた。このスピンコート法により基材にレジスト溶液を塗布するときは、図６のように、凸状部５１を有する基材５０を高速で回転させながらレジスト溶液５２を基材表面に滴下することで、基材表面にレジスト溶液の膜５３を形成する。
【０００３】
ところが、スピンコート法では、レジスト溶液を基材５０の端５０ａから遠心力で振り切るようにして塗布するので、レジスト溶液が無駄になり使用量が多くなってしまう。また、レジスト溶液を再利用するための回収設備が必要になる。更に、レジスト溶液が遠心力で凸状部５１の表面の全面に均一に行き渡るようにするために基材５０の外周に平坦部分であるつば部５４が必要となるが、かかるつば部５４はレンズ等の光学素子を製造するには本来不要であり、無駄な部分である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の問題に鑑み、基材にレジスト膜を形成する際に塗布するレジスト溶液が少量で済み、しかも基材の外周におけるつば部等の無駄な部分を省略することのできる塗布方法、塗布装置及び光学素子用成形金型の製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による塗布方法は、レジスト溶液を微粒子化して被塗布材の表面に付着させるステップと、前記被塗布材を熱処理することで前記被塗布材の表面上のレジスト膜をレベリングするステップと、を含むことを特徴とする。
【０００６】
この塗布方法によれば、微粒子化したレジスト溶液を被塗布材の表面に付着させるので、スピンコート法によらずにレジスト溶液を塗布でき、スピンコート法のように多量のレジスト溶液が必要ではなく、少量で済む。また、被塗布材の外周におけるつば部等の無駄な部分を省略することができる。また、熱処理によるレベリングで微粒子からなるレジスト膜を均一な膜厚にできる。このようにして、スピンコート法によらずに均一な膜厚のレジスト膜の形成が可能となるとともに、レジスト溶液の効率的使用及び被塗布材の形状の簡略化が可能になり、製造コストの低減を図ることができる。
【０００７】
上記塗布方法で、前記レジスト溶液の微粒子化を噴霧法により行うことで、レジスト溶液を微粒子化できる。また、前記レジスト溶液の前記被塗布材への付着をインクジェット法により行うことで微粒子化したレジスト溶液を被塗布材の表面に付着させることができる。
【０００８】
また、前記熱処理の温度を前記レジスト材料のガラス転移温度以上とすることが好ましい。これにより、微粒子で形成されたレジスト膜において微粒子を結合させ粒界を消滅させることができ、均一な厚さのレジスト膜を容易に得ることができる。なお、前記熱処理では、レジスト溶液中に残留している溶剤成分を蒸発させることもできる。
【０００９】
また、本発明による塗布装置は、レジスト溶液を微粒子化して被塗布材の表面に付着させるレジスト微粒子化手段と、前記被塗布材の表面上のレジスト膜をレベリングするために前記被塗布材を熱処理するための熱処理手段と、を具備することを特徴とする。
【００１０】
この塗布装置によれば、上述の塗布方法を実行することができる。また、前記レジスト微粒子化手段がスプレーノズルまたはインクヘッドを備えることが好ましい。
【００１１】
また、上記塗布装置は、前記レジスト微粒子化手段からの前記レジスト溶液の塗布量を制御するための制御手段と、前記レジスト溶液の微粒子を前記被塗布材の表面に向けているときに前記レジスト微粒子化手段及び前記被塗布材の少なくとも一方を移動させるための移動手段と、を更に具備することが好ましい。塗布量の制御及びスプレーノズルまたはインクヘッド等のレジスト微粒子化手段と被塗布材との相対位置を制御することにより、被塗布材上にレジスト溶液の微粒子を均一に付着させることができる。
【００１２】
また、本発明による光学素子用成形金型の製造方法は、基材上に光学素子用の３次元形状を形成するステップと、レジスト溶液を微粒子化して前記基材の表面に付着させるステップと、前記基材を熱処理することで前記基材の表面上のレジスト膜をレベリングするステップと、前記光学素子用の微細構造を形成するために前記基材上に形成されたレジスト膜に対してパターンの描画を行うステップと、前記レジスト膜について現像処理を行うステップと、を含むことを特徴とする。
【００１３】
この光学素子用成形金型の製造方法によれば、微粒子化したレジスト溶液を基材の表面に付着させるので、スピンコート法によらずにレジスト溶液を塗布でき、スピンコート法のように多量のレジスト溶液が必要ではなく、少量で済む。また、基材の外周におけるつば部等の無駄な部分を省略することができる。また、熱処理によるレベリングで微粒子からなるレジスト膜を均一な膜厚にできる。このようにして、スピンコート法によらずに均一な膜厚のレジスト膜の形成が可能となるとともに、レジスト溶液の効率的使用及び基材の形状の簡略化が可能になり、光学素子用成形金型の製造コストの低減を図ることができる。また、前記パターンの描画は電子ビーム描画により行うことができる。
【００１４】
上記製造方法において、前記レジスト溶液の微粒子化を噴霧法により行うことで、レジスト溶液を微粒子化できる。また、前記レジスト溶液の前記基材への付着をインクジェット法により行うことで微粒子化したレジスト溶液を基材の表面に付着させることができる。
【００１５】
また、前記熱処理の温度を前記レジスト材料のガラス転移温度以上とすることが好ましい。これにより、微粒子で形成されたレジスト膜において微粒子を結合させ粒界を消滅させることができ、均一な厚さのレジスト膜を容易に得ることができる。なお、前記熱処理では、レジスト溶液中に残留した溶剤成分を蒸発させることもできる。
【００１６】
また、前記光学素子用の３次元形状を非球面形状とし、前記微細構造を回折輪帯構造とすることで、微細な回折輪帯構造を有する非球面形状の対物レンズ等の光学素子を製造することができる。
【００１７】
なお、上述の噴霧法（スプレー法）とは、液体を噴出させることで霧化する公知の方法である。また、上述のインクジェット法とは、プリンタ等の画像形成装置に適用され、インクヘッドから小滴の液体（インク）を記録紙に向けて吐出させる公知の方法である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態について図面を用いて説明する。図１は本実施の形態による基材に対する塗布工程及びレベリング工程（ａ），（ｂ），（ｃ）を説明するための工程図である。
【００１９】
図１（ａ）に示す基材１０は、光学素子用成形金型の製造のために、その凸状面１１が対物レンズ等の光学素子の光学面に相当する非球面形状に形成されており、レジスト溶液が微粒子状に塗布される被塗布材である。かかる凸状面１１の非球面形状は例えばＳＰＤＴ加工により行うことができる。
【００２０】
図１（ｂ）のように、レジストを有機溶媒に溶かしたレジスト溶液を噴霧させて霧化した微粒子１２を凸状面１１に付着させる。かかるレジスト溶液の噴霧は公知のスプレー装置を用いスプレーノズルから凸状面１１にスプレーすることで行うことができる。これにより、レジスト溶液の微粒子１２からなるレジスト膜を凸状面１１に形成する。また、レジスト溶液の微粒子１２は、１滴当たりの液量として０．１乃至２０ｐｌの範囲内であることが好ましい。かかる液量の制御はスプレーノズルのノズル径の調整等で行うことができる。なお、図１（ｂ）において基材１０上に付着したレジスト溶液の微粒子１２は、誇張して大きく描かれている（図２及び図４においても同じ）。
【００２１】
そして、レジスト溶液の微粒子１２からなるレジスト膜を凸状面１１に形成した基材１０を熱処理炉内に導入し、所定の温度で熱処理を行う。この場合、熱処理温度は、使用したレジストのガラス転移温度以上の温度とする。例えばＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）をレジストに用いた場合、そのガラス転移温度は１０５〜１１０℃であるが、熱処理温度を例えば１７０〜１８０℃とすることが好ましい。
【００２２】
上述の熱処理により、基材１０の凸状面１１上のレジスト溶液の微粒子１２同士が結合してそれらの粒界が消滅するようにしてレベリングが行われる結果、基材１０の凸状面１１上で膜厚が均一のレジスト膜１３を得ることができる。
【００２３】
なお、この熱処理によりレジスト溶液の微粒子１２からなるレジスト膜から残留有機溶媒成分を蒸発させることができるので、上記熱処理は、従来のスピンコート法による塗布後に行っていたベーキング処理を兼用することができるが、この場合、上記熱処理の目的であるレジスト膜厚の均一化のためには、温度条件はほぼ同じでよいが、熱処理時間が残留有機溶媒成分の除去を目的とした従来のベーキング処理よりも長めに設定することが好ましい。
【００２４】
以上のように、本実施の形態による塗布方法によれば、微粒子化したレジスト溶液を基材１０の凸状面１１に付着させてから熱処理でレベリングを行うので、スピンコート法によらずにレジスト膜を均一な膜厚に形成できる。そして、スピンコート法のように多量のレジスト溶液が必要ではなく、少量で済むので、効率的にレジスト溶液を使用できる。このため、スピンコート法のように遠心力で振り切ったレジスト溶液を回収し再利用するための回収設備は特に必要でない。更に、従来のスピンコート法で必要とした図６のような基材の外周におけるつば部等の無駄な部分を省略することができるので、基材の形状の簡略化が可能になる。このようにして、レジスト塗布に関する製造コストを低減することができる。
【００２５】
次に、図２，図３により、インクジェット法を用いてレジスト溶液を微粒子にして基材に付着させる例について説明する。図２は図１（ａ）の基材にインクヘッドからレジスト溶液の微粒子を付着させる様子を示す図であり、図３は図２のインクヘッドを概略的に示す斜視図である。
【００２６】
インクヘッド６は、図３に示すように、ノズル面７に多数のノズル１ａが形成されており、各ノズル１ａが一列に並んで配置されてノズル列６ａ、６ｂ、６ｃを構成している。インクヘッド６は駆動制御部９（図２）により制御駆動され所定のタイミングで各ノズル１ａからレジスト溶液を小滴状にして吐出するようになっている。
【００２７】
上述のインクヘッド６の各ノズル１ａにおける吐出（噴射）方式としては、電気−機械変換方式（例えば、シングルキャビティー型、ダブルキャビティー型、ベンダー型、ピストン型、シェアーモード型、シェアードウォール型等）、電気−熱変換方式（例えば、サーマルインクジェット型、バブルジェット型等）、静電吸引方式（例えば、電界制御型、スリットジェット型等）及び放電方式（例えば、スパークジェット型等）などの公知の方式を具体例として挙げることができるが、いずれの吐出方式を用いてもよい。
【００２８】
図２に示すように、上述のインクヘッド６を、そのノズル面７が基材１０の凸状面１１に対向するようにして基材１０の上方に配置し、インクヘッド６を駆動制御部９で制御し駆動して各ノズル１ａからレジスト溶液の小滴８を基材１０の凸状面１１に吐出する。これにより、図１（ｂ）と同様にレジスト溶液の微粒子１２からなるレジスト膜を凸状面１１に形成することができる。
【００２９】
また、レジスト溶液の小滴８の液量は、上述と同様に、１滴当たり０．１乃至２０ｐｌの範囲内であることが好ましいが、かかる液量の制御はノズル１ａのノズル径を調整することで行うことができ、また、例えば電気−機械変換方式によるインクヘッドの場合はインクヘッド駆動電圧を変えることで行うことができる。
【００３０】
次に、上述の塗布方法を実行できる塗布装置について図４により説明する。図４は塗布装置の概略的構成を示す図である。
【００３１】
図４の塗布装置は、レジスト溶液を霧化して噴霧するためのスプレーノズル等からなるレジスト噴霧部２１と、レジスト噴霧部２１からのレジスト溶液の噴霧量を制御するレジスト噴霧量制御部２２と、図１（ａ）に示す基材１０を載置しＸＹ平面上で移動させるためのステージ２３と、ステージ２３を駆動するためのステージ駆動部２４と、ステージ駆動部２４を制御するためのステージ駆動制御部２５と、基材１０を熱処理するための熱処理炉２９を制御するための加熱制御部２６と、種々の制御情報を記憶し読み出し可能なメモリ２７と、上記各制御部２２，２５，２６及びメモリ２７の全体を制御する制御部（ＣＰＵ）２８と、を備える。レジスト噴霧部２１から噴霧するレジスト溶液の微粒子の液量は、上記範囲内にノズル径等の調整により制御できる。
【００３２】
図４の塗布装置の動作について説明する。基材１０の凸状面１１に対しレジスト噴霧部２１からレジスト溶液の微粒子１４を噴霧する。このとき、レジスト噴霧量制御部２２でレジスト溶液の噴霧量を制御するとともに、ステージ駆動制御部２５によりステージ２３を制御することでステージ２３上の基材１０をＸＹ平面上に移動させながらレジスト溶液を噴霧することにより、基材１０の凸状面１１上にレジスト溶液の微粒子１４を均一に付着させることができる。次に、基材１０は加熱制御部２６により所定の温度とされた熱処理炉２９内で所定の時間、熱処理される。これにより、均一な膜厚のレジスト膜１３を基材１０の凸状面１１上に形成できる。
【００３３】
なお、図４の塗布装置において、上述のようなインクジェット法を適用してもよく、この場合、図４において、レジスト噴霧部２１の代わりに図２，図３のインクヘッド６を配置し、レジスト噴霧量制御部２２の代わりに図２のインクヘッド駆動制御部９でレジスト溶液の吐出量を制御するように構成できる。
【００３４】
また、レジスト噴霧部２１またはインクヘッド６と基材１０との相対位置の移動のためにレジスト噴霧部２１またはインクヘッド６を移動させるようにしてもよく、また、両方を移動させてもよい。
【００３５】
次に、図１の塗布工程を含む光学素子成形金型の製造工程について図５のフローチャートにより説明する。図５では、回折構造のための回折輪帯パターンを有する光学素子を成形するための光学素子成形用金型を、母型の形状から電鋳により転写し形成する例を説明する。
【００３６】
まず、母型の素材をＳＰＤＴ加工機にセットして、光学素子の光学面に相当する非球面形状を形成する（Ｓ０１）。続いて、非球面形状を形成した母型の素材をＳＰＤＴ加工機より取り外し、かかる素材の非球面上に図１（ｂ）または図２のようにしてレジスト溶液を塗布し微粒子からなるレジスト膜を形成する（Ｓ０２）。その後、熱処理によるベーキングでレベリングを行い膜厚の均一なレジスト膜としてから（Ｓ０３）、回折輪帯パターンの電子ビーム描画を行う（Ｓ０４）。更に、露光処理を行い（Ｓ０５）、次に、レジスト現像処理を行い（Ｓ０６）、輪帯パターン形状を得る。ここで、電子ビーム描画とは、電子ビーム照射手段にて電子ビームを照射することで載置台上に載置された曲面を有する基材上に所定のパターンを描画するものである。電子ビームの制御は電子レンズの電流値を調整して前記電子ビームの焦点位置を可変制御したり、前記載置台を移動制御することにより実現できる。
【００３７】
その後、エッチング処理を行って（Ｓ０７）、輪帯パターンを母型の素材に彫り込み、母型を得る。かかる母型に電鋳処理を施してから脱型し、裏打ち部材と組み合わせることで（Ｓ０８）、光学素子成形用金型を得る。
【００３８】
以上のようにして、回折輪帯パターンを有する光学素子を成形するための光学素子用成形金型を製造できるが、この製造工程におけるレジスト塗布に関する製造コストを上述のように低減することができるので、光学素子用成形金型の製造コストを低減でき、ひいては微細な回折輪帯パターンを有する光学素子の製造コストの低減に寄与できる。
【００３９】
以上のように本発明を実施の形態により説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、本発明による塗布方法を本実施の形態では、光学素子用成形金型の製造に適用したが、光学素子以外の微細構造を有するものを成形するための成形金型に適用でき、また、成形用金型以外の微細構造を有する基材を製造するために適用してもよいことは勿論である。また、被塗布材としてビーム描画を行うための基材以外のものであってもよいことは勿論である。
【００４０】
また、図３のインクヘッド６のノズル列６ａ〜６ｃは３列以上にしてもよく、また、１列または２列にしてもよい。また、各ノズル列のノズル１ａの数も必要に応じて変えることができることは勿論である。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、スピンコート法によらずに基材に均一な膜厚のレジスト膜を形成することができ、その塗布するレジスト溶液が少量で済みしかも基材の外周におけるつば部等の無駄な部分を省略することができ、コストを低減できる塗布方法、塗布装置及び光学素子用成形金型の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態による基材に対する塗布工程及びレベリング工程を説明するための工程図であり、図１（ａ）は非球面に形成された凸状部を有する基材の側面図、図１（ｂ）は噴霧法で凸状部に微粒子からなるレジスト膜を形成した状態を示す基材の側面図、図１（ｃ）は熱処理によるレベリングでレジスト膜を均一な膜厚にした状態を示す基材の側面図である。
【図２】図１（ｂ）の変形例を示すインクジェット法による微粒子からなるレジスト膜を形成する様子を示す基材の側面図である。
【図３】図２のインクヘッドの斜視図である。
【図４】本実施の形態による塗布装置の概略的構成を示す図である。
【図５】図１の塗布工程を含む光学素子成形金型の製造工程を説明するためのフローチャートである。
【図６】従来のスピンコート法によるレジスト膜の塗布工程を示す図である。
【符号の説明】
１０　　　　基材（被塗布材）
１１　　　　凸状面
１２　　　　レジスト溶液の微粒子
１３　　　　レジスト膜
６　　　　インクヘッド
８　　　　小滴
１ａ　　　　ノズル
２１　　　　レジスト噴霧部
２３　　　　ステージ
２９　　　　熱処理炉[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a coating method for forming a resist film on a material to be coated such as a base material, a coating apparatus, and a method for manufacturing a molding die for an optical element.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a process of manufacturing a molding die for manufacturing an optical element having a fine diffraction structure by a three-dimensional electron beam drawing method, a spin coating method is used when a resist solution is applied to a base material to form a resist film. I was When applying the resist solution to the base material by this spin coating method, as shown in FIG. 6, the resist solution 52 is dropped on the base material surface while rotating the base material 50 having the convex portion 51 at a high speed. A film 53 of a resist solution is formed on the surface of the base material.
[0003]
However, in the spin coating method, the resist solution is applied so as to be shaken off by centrifugal force from the end 50a of the substrate 50, so that the resist solution is wasted and the amount of use is increased. Further, a recovery facility for reusing the resist solution is required. Further, in order to allow the resist solution to uniformly spread over the entire surface of the convex portion 51 by centrifugal force, a flange portion 54 which is a flat portion on the outer periphery of the base material 50 is required. It is essentially unnecessary and unnecessary for manufacturing optical elements such as.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above-described problems of the related art, and requires only a small amount of a resist solution to be applied when forming a resist film on a base material, and can eliminate unnecessary parts such as a brim portion on the outer periphery of the base material. An object of the present invention is to provide a coating method, a coating apparatus, and a method for manufacturing a molding die for an optical element.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a coating method according to the present invention comprises a step of forming a resist solution into fine particles and attaching the fine particle to a surface of a material to be coated; Leveling the membrane.
[0006]
According to this coating method, since the finely divided resist solution is attached to the surface of the material to be coated, the resist solution can be applied without using the spin coating method, and a large amount of the resist solution is not required unlike the spin coating method. Only a small amount. Further, it is possible to omit a useless portion such as a flange portion on the outer periphery of the material to be applied. Further, the resist film made of fine particles can be made to have a uniform thickness by leveling by heat treatment. In this manner, a resist film having a uniform thickness can be formed without using the spin coating method, and the efficient use of the resist solution and the simplification of the shape of the material to be coated can be achieved, thereby reducing the manufacturing cost. Reduction can be achieved.
[0007]
In the above coating method, the resist solution can be finely divided by performing the atomization of the resist solution by a spraying method. Further, by applying the resist solution to the material to be coated by an inkjet method, the finely divided resist solution can be made to adhere to the surface of the material to be coated.
[0008]
Preferably, the temperature of the heat treatment is equal to or higher than the glass transition temperature of the resist material. Accordingly, the fine particles can be bonded to each other in the resist film formed of the fine particles to eliminate the grain boundaries, and a resist film having a uniform thickness can be easily obtained. In the heat treatment, the solvent component remaining in the resist solution can be evaporated.
[0009]
Further, the coating apparatus according to the present invention includes a resist fine-graining means for forming fine particles of the resist solution and attaching the fine particles to the surface of the material to be coated, and heat-treating the material to be coated to level the resist film on the surface of the material to be coated. Heat treatment means for performing the heat treatment.
[0010]
According to this coating apparatus, the above-described coating method can be performed. Further, it is preferable that the resist micronization means includes a spray nozzle or an ink head.
[0011]
The coating apparatus may further include a control unit configured to control a coating amount of the resist solution from the resist micronization unit, and the resist microparticles when the microparticles of the resist solution are directed to the surface of the workpiece. It is preferable to further include a moving unit for moving at least one of the coating unit and the material to be coated. By controlling the amount of application and controlling the relative position between the resist material and the coating material, such as a spray nozzle or an ink head, the fine particles of the resist solution can be uniformly attached to the coating material.
[0012]
Further, the method of manufacturing a molding die for an optical element according to the present invention includes a step of forming a three-dimensional shape for an optical element on a base material, a step of forming a resist solution into fine particles and attaching the resist solution to the surface of the base material, Leveling a resist film on the surface of the base material by heat treating the base material, and forming a pattern on the resist film formed on the base material to form a fine structure for the optical element. The method includes a step of performing writing and a step of performing a developing process on the resist film.
[0013]
According to the method of manufacturing a molding die for an optical element, the resist solution in the form of fine particles is adhered to the surface of the base material, so that the resist solution can be applied without using the spin coat method, and a large amount of the resist solution can be applied as in the spin coat method. No resist solution is required and only a small amount is required. Further, unnecessary portions such as a brim portion on the outer periphery of the base material can be omitted. Further, the resist film made of fine particles can be made to have a uniform thickness by leveling by heat treatment. In this way, a resist film having a uniform thickness can be formed without using the spin coating method, and the efficient use of the resist solution and the simplification of the shape of the base material can be achieved, and the molding for the optical element can be performed. The manufacturing cost of the mold can be reduced. The pattern can be drawn by electron beam drawing.
[0014]
In the above manufacturing method, the resist solution can be made fine by atomizing the resist solution by a spraying method. Further, by applying the resist solution to the base material by an inkjet method, the finely divided resist solution can be made to adhere to the surface of the base material.
[0015]
Preferably, the temperature of the heat treatment is equal to or higher than the glass transition temperature of the resist material. Accordingly, the fine particles can be bonded to each other in the resist film formed of the fine particles to eliminate the grain boundaries, and a resist film having a uniform thickness can be easily obtained. In the heat treatment, the solvent component remaining in the resist solution can be evaporated.
[0016]
Further, by making the three-dimensional shape for the optical element an aspherical shape and making the fine structure a diffractive annular structure, an optical element such as an aspherical objective lens having a fine diffractive annular structure is manufactured. be able to.
[0017]
In addition, the above-mentioned spraying method (spraying method) is a known method in which a liquid is ejected to atomize the liquid. In addition, the above-described inkjet method is a known method applied to an image forming apparatus such as a printer and discharging a small liquid (ink) from an ink head toward recording paper.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a process chart for explaining a coating process and a leveling process (a), (b) and (c) for a base material according to the present embodiment.
[0019]
The substrate 10 shown in FIG. 1A has an aspherical surface corresponding to the optical surface of an optical element such as an objective lens, for the production of a molding die for an optical element. And a material to be coated on which the resist solution is applied in the form of fine particles. The aspherical shape of the convex surface 11 can be formed by, for example, SPDT processing.
[0020]
As shown in FIG. 1B, a fine particle 12 atomized by spraying a resist solution in which a resist is dissolved in an organic solvent is attached to the convex surface 11. The spraying of the resist solution can be performed by spraying the convex surface 11 from a spray nozzle using a known spray device. Thus, a resist film composed of the fine particles 12 of the resist solution is formed on the convex surface 11. Further, the fine particles 12 of the resist solution are preferably in a range of 0.1 to 20 pl as a liquid amount per droplet. Such liquid amount control can be performed by adjusting the nozzle diameter of the spray nozzle or the like. In FIG. 1B, the fine particles 12 of the resist solution adhered to the base material 10 are exaggerated and enlarged (the same applies to FIGS. 2 and 4).
[0021]
Then, the base material 10 on which the resist film composed of the fine particles 12 of the resist solution is formed on the convex surface 11 is introduced into a heat treatment furnace, and heat treatment is performed at a predetermined temperature. In this case, the heat treatment temperature is equal to or higher than the glass transition temperature of the used resist. For example, when PMMA (polymethyl methacrylate) is used for the resist, its glass transition temperature is 105 to 110 ° C., but the heat treatment temperature is preferably 170 to 180 ° C., for example.
[0022]
As a result of the above-described heat treatment, the fine particles 12 of the resist solution on the convex surface 11 of the base material 10 are bonded to each other so that their grain boundaries disappear, and leveling is performed. Thus, a resist film 13 having a uniform film thickness can be obtained.
[0023]
In addition, since the residual organic solvent component can be evaporated from the resist film composed of the fine particles 12 of the resist solution by this heat treatment, the heat treatment can also serve as the baking treatment performed after the application by the conventional spin coating method. However, in this case, in order to make the resist film thickness uniform for the purpose of the heat treatment, the temperature conditions may be substantially the same, but the heat treatment time is longer than the conventional baking treatment for removing the residual organic solvent component. It is preferable to set it longer.
[0024]
As described above, according to the coating method according to the present embodiment, the finely divided resist solution is applied to the convex surface 11 of the base material 10 and then leveled by heat treatment. The film can be formed to a uniform thickness. In addition, a large amount of resist solution is not required as in the spin coating method, and only a small amount is required, so that the resist solution can be used efficiently. Therefore, there is no particular need for a recovery facility for recovering and reusing the resist solution shaken off by centrifugal force as in the spin coating method. Further, unnecessary portions such as a brim portion on the outer periphery of the base material required by the conventional spin coating method as shown in FIG. 6 can be omitted, so that the shape of the base material can be simplified. In this way, it is possible to reduce the manufacturing cost related to resist coating.
[0025]
Next, referring to FIGS. 2 and 3, an example in which a resist solution is formed into fine particles by an ink-jet method and adhered to a substrate will be described. FIG. 2 is a view showing a state in which fine particles of a resist solution are adhered from the ink head to the base material of FIG. 1A, and FIG. 3 is a perspective view schematically showing the ink head of FIG.
[0026]
As shown in FIG. 3, the ink head 6 has a large number of nozzles 1a formed on a nozzle surface 7, and the nozzles 1a are arranged in a row to form nozzle rows 6a, 6b, 6c. The ink head 6 is controlled and driven by a drive control unit 9 (FIG. 2), and discharges the resist solution from each nozzle 1a in the form of small droplets at a predetermined timing.
[0027]
As a discharge (ejection) method at each nozzle 1a of the above-described ink head 6, an electric-mechanical conversion method (for example, a single cavity type, a double cavity type, a bender type, a piston type, a shared mode type, a shared wall type, etc.) ), Known methods such as an electro-thermal conversion method (for example, thermal ink jet type, bubble jet type, etc.), an electrostatic suction method (for example, electric field control type, slit jet type, etc.) and a discharge method (for example, spark jet type, etc.). The above method can be given as a specific example, but any ejection method may be used.
[0028]
As shown in FIG. 2, the above-described ink head 6 is disposed above the substrate 10 such that the nozzle surface 7 faces the convex surface 11 of the substrate 10, and the ink head 6 is The droplets 8 of the resist solution are ejected from the nozzles 1a to the convex surface 11 of the base material 10 by driving. Thus, a resist film composed of fine particles 12 of the resist solution can be formed on the convex surface 11 as in FIG.
[0029]
The amount of the resist solution droplets 8 is preferably in the range of 0.1 to 20 pl per droplet, as described above, but the amount of the solution is controlled by adjusting the nozzle diameter of the nozzle 1a. For example, in the case of an ink head based on an electro-mechanical conversion method, it can be performed by changing the ink head drive voltage.
[0030]
Next, a coating apparatus capable of performing the above-described coating method will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of the coating apparatus.
[0031]
The coating apparatus of FIG. 4 includes a resist spray unit 21 including a spray nozzle or the like for atomizing and spraying a resist solution, a resist spray amount control unit 22 for controlling a spray amount of the resist solution from the resist spray unit 21, A stage 23 for placing the substrate 10 shown in FIG. 1A and moving it on the XY plane, a stage driving unit 24 for driving the stage 23, and a stage driving unit for controlling the stage driving unit 24 A control unit 25, a heating control unit 26 for controlling a heat treatment furnace 29 for heat-treating the base material 10, a memory 27 that can store and read various control information, and the control units 22, 25, and 26 described above. And a control unit (CPU) 28 that controls the entire memory 27. The amount of fine particles of the resist solution sprayed from the resist spray unit 21 can be controlled within the above range by adjusting the nozzle diameter and the like.
[0032]
The operation of the coating device in FIG. 4 will be described. Fine particles 14 of a resist solution are sprayed from a resist spray unit 21 onto the convex surface 11 of the substrate 10. At this time, the spray amount of the resist solution is controlled by the resist spray amount control unit 22 and the stage 23 is controlled by the stage drive control unit 25, so that the base material 10 on the stage 23 is moved on the XY plane. By spraying, the fine particles 14 of the resist solution can be uniformly attached on the convex surface 11 of the base material 10. Next, the base material 10 is heat-treated for a predetermined time in a heat treatment furnace 29 at a predetermined temperature by the heating control unit 26. Thereby, a resist film 13 having a uniform thickness can be formed on the convex surface 11 of the base material 10.
[0033]
The ink jet method described above may be applied to the coating apparatus shown in FIG. 4, and in this case, the ink head 6 shown in FIGS. Instead of the spray amount control unit 22, the ink head drive control unit 9 in FIG. 2 can be configured to control the discharge amount of the resist solution.
[0034]
In addition, the resist spraying unit 21 or the ink head 6 may be moved to move the relative position between the resist spraying unit 21 or the ink head 6 and the base material 10, or both may be moved.
[0035]
Next, the manufacturing process of the optical element molding die including the coating process of FIG. 1 will be described with reference to the flowchart of FIG. FIG. 5 illustrates an example in which an optical element molding die for molding an optical element having a diffraction ring pattern for a diffractive structure is formed by electroforming and transferring from a shape of a master mold.
[0036]
First, the matrix material is set on an SPDT processing machine to form an aspherical shape corresponding to the optical surface of the optical element (S01). Subsequently, the material of the matrix having the aspherical shape is removed from the SPDT processing machine, and a resist solution is applied on the aspherical surface of the material as shown in FIG. It is formed (S02). Thereafter, leveling is performed by baking by heat treatment to form a resist film having a uniform film thickness (S03), and electron beam writing of a diffraction ring pattern is performed (S04). Further, an exposure process is performed (S05), and then a resist development process is performed (S06) to obtain an annular pattern shape. Here, the electron beam drawing means drawing a predetermined pattern on a substrate having a curved surface placed on a mounting table by irradiating an electron beam with an electron beam irradiating means. The control of the electron beam can be realized by adjusting the current value of the electron lens to variably control the focal position of the electron beam, or by controlling the movement of the mounting table.
[0037]
Thereafter, an etching process is performed (S07), and the orbicular zone pattern is engraved on the material of the matrix to obtain a matrix. The mold is subjected to an electroforming process, then released, and combined with a backing member (S08) to obtain an optical element molding die.
[0038]
As described above, a molding die for an optical element for molding an optical element having a diffraction ring pattern can be manufactured. However, since the manufacturing cost related to resist coating in this manufacturing process can be reduced as described above. Thus, the manufacturing cost of the molding die for an optical element can be reduced, and the manufacturing cost of an optical element having a fine diffraction zone pattern can be reduced.
[0039]
As described above, the present invention has been described with the embodiments, but the present invention is not limited to these, and various modifications can be made within the technical idea of the present invention. For example, in the present embodiment, the coating method according to the present invention is applied to the production of a molding die for an optical element, but it can be applied to a molding die for molding a microstructure other than an optical element, Of course, the present invention may be applied to manufacture a substrate having a fine structure other than a molding die. Needless to say, the material to be coated may be a material other than a substrate for performing beam drawing.
[0040]
Further, the nozzle rows 6a to 6c of the ink head 6 in FIG. 3 may be three or more rows, or may be one or two rows. Further, it is needless to say that the number of nozzles 1a in each nozzle row can be changed as needed.
[0041]
【The invention's effect】
According to the present invention, a resist film having a uniform thickness can be formed on a substrate without using a spin coating method, and a small amount of the resist solution is applied, and waste of a collar portion or the like on the outer periphery of the substrate is required. It is possible to provide a coating method, a coating apparatus, and a method of manufacturing a molding die for an optical element, which can omit unnecessary parts and reduce costs.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a process diagram for explaining a coating process and a leveling process for a base material according to the present embodiment, and FIG. 1 (a) is a side view of a base material having an aspherical convex portion; FIG. 1B is a side view of the substrate showing a state in which a resist film made of fine particles is formed on the convex portion by a spray method, and FIG. 1C is a state in which the resist film is made uniform by leveling by heat treatment. FIG.
FIG. 2 is a side view of a base material showing a state in which a resist film made of fine particles is formed by an ink-jet method according to a modification of FIG. 1 (b).
FIG. 3 is a perspective view of the ink head of FIG. 2;
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a coating apparatus according to the present embodiment.
FIG. 5 is a flowchart for explaining a manufacturing process of an optical element molding die including the coating process of FIG. 1;
FIG. 6 is a view showing a coating process of a resist film by a conventional spin coating method.
[Explanation of symbols]
10 Substrate (material to be coated)
Reference Signs List 11 convex surface 12 fine particles of resist solution 13 resist film 6 ink head 8 droplet 1a nozzle 21 resist spraying section 23 stage 29 heat treatment furnace

Claims

レジスト溶液を微粒子化して被塗布材の表面に付着させるステップと、
前記被塗布材を熱処理することで前記被塗布材の表面上のレジスト膜をレベリングするステップと、を含むことを特徴とする塗布方法。Step of atomizing the resist solution and attaching it to the surface of the material to be coated,
Leveling a resist film on the surface of the material to be coated by heat-treating the material to be coated.

前記レジスト溶液の微粒子化を噴霧法により行うことを特徴とする請求項１に記載の塗布方法。2. The coating method according to claim 1, wherein the resist solution is atomized by a spray method.

前記レジスト溶液の前記被塗布材への付着をインクジェット法により行うことを特徴とする請求項１に記載の塗布方法。The coating method according to claim 1, wherein the resist solution is attached to the material to be coated by an inkjet method.

前記熱処理の温度を前記レジスト材料のガラス転移温度以上とすることを特徴とする請求項１，２または３に記載の塗布方法。4. The coating method according to claim 1, wherein the temperature of the heat treatment is equal to or higher than a glass transition temperature of the resist material.

レジスト溶液を微粒子化して被塗布材の表面に付着させるレジスト微粒子化手段と、
前記被塗布材の表面上のレジスト膜をレベリングするために前記被塗布材を熱処理するための熱処理手段と、を具備することを特徴とする塗布装置。Resist micronization means for micronizing the resist solution and attaching it to the surface of the material to be coated,
A heat treatment means for heat-treating the material to be applied to level the resist film on the surface of the material to be applied.

前記レジスト微粒子化手段がスプレーノズルまたはインクヘッドを備えること特徴とする請求項５に記載の塗布装置。The coating apparatus according to claim 5, wherein the resist fine-graining means includes a spray nozzle or an ink head.

前記レジスト微粒子化手段からの前記レジスト溶液の塗布量を制御するための制御手段と、
前記レジスト溶液の微粒子を前記被塗布材の表面に向けているときに前記レジスト微粒子化手段及び前記被塗布材の少なくとも一方を移動させるための移動手段と、を更に具備することを特徴とする請求項５または６に記載の塗布装置。Control means for controlling the application amount of the resist solution from the resist micronization means,
And a moving means for moving at least one of the resist fine particle forming means and the material to be coated when the fine particles of the resist solution are directed to the surface of the material to be coated. Item 7. The coating device according to item 5 or 6.

基材上に光学素子用の３次元形状を形成するステップと、
レジスト溶液を微粒子化して前記基材の表面に付着させるステップと、
前記基材を熱処理することで前記基材の表面上のレジスト膜をレベリングするステップと、
前記光学素子用の微細構造を形成するために前記基材上に形成されたレジスト膜に対してパターンの描画を行うステップと、
前記レジスト膜について現像処理を行うステップと、を含むことを特徴とする光学素子用成形金型の製造方法。Forming a three-dimensional shape for an optical element on a substrate;
Step of atomizing the resist solution and attaching it to the surface of the base material,
Leveling the resist film on the surface of the substrate by heat-treating the substrate,
Performing a pattern drawing on a resist film formed on the base material to form a fine structure for the optical element,
Performing a development process on the resist film.

前記レジスト溶液の微粒子化を噴霧法により行うことを特徴とする請求項８に記載の光学素子用成形金型の製造方法。9. The method according to claim 8, wherein the resist solution is formed into fine particles by a spraying method.

前記レジスト溶液の前記基材への付着をインクジェット法により行うことを特徴とする請求項８に記載の光学素子用成形金型の製造方法。9. The method according to claim 8, wherein the resist solution is attached to the substrate by an inkjet method.

前記熱処理の温度を前記レジスト材料のガラス転移温度以上とすることを特徴とする請求項８，９または１０に記載の光学素子用成形金型の製造方法。The method according to claim 8, 9 or 10, wherein the temperature of the heat treatment is equal to or higher than a glass transition temperature of the resist material.

前記描画は電子ビーム描画であることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の光学素子用成形金型の製造方法。The method for manufacturing a molding die for an optical element according to claim 8, wherein the drawing is electron beam drawing.

前記光学素子用の３次元形状が非球面形状であり、前記微細構造が回折輪帯構造であることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の光学素子用成形金型の製造方法。The molding die for an optical element according to any one of claims 8 to 12, wherein the three-dimensional shape for the optical element is an aspherical shape, and the fine structure is a diffraction ring structure. Production method.