JP2006018097A - 微細格子作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 金属製のパターン膜を基材上に形成しても、基材表面が酸化されずエッチング加工に影響を及ぼさない微細格子の作製方法を提供する。
【解決手段】 基材１０の表面にエッチング加工により微細格子１２を形成する微細格子作製方法において、基材１０の表面に薄膜を成膜して保護膜２０を形成する工程と、保護膜２０上に金属膜３０ａを成膜し、金属膜３０ａを陽極酸化して微細格子１２に対応した多数の微細孔３１からなるホールパターンを有するパターン膜３０を形成する工程と、微細孔３１により露出した保護膜２０にエッチング加工を施して食刻し、微細孔３１を基材１０に到達させる工程と、微細孔３１により露出した基材１０にエッチング加工を施して食刻し、微細格子１２を形成する工程とからなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は基材に対して微細格子を作製する方法に関し、より詳細にはエッチング加工により基材に微細格子を作製する方法に関する。

現在、レンズや回折格子等の光学部材は、光学部材の模型材に対して電鋳加工を行うことにより金型を作製し、この金型を用いた射出成形により製造する方法が一般的となっている。

ここで光学部材の光学面には、光の反射を防止するため、格子の間隔（周期）が入射光の波長の半分以下の反射防止格子を設けることがある。このような反射防止格子を光学部材の光学面に形成するためには、金型を作製するための光学部材の模型材にも、同様に反射防止格子に対応する微細格子を形成する必要がある。

このような微細格子を基材表面に形成する方法としては、基材にエッチング加工を施すことにより形成する方法がある。ここで、基材にエッチング加工を施すためには、基材表面にエッチングマスクを形成する必要がある。このエッチングマスクを形成する方法としては、例えば特許文献１に記載されているように、金属膜を用いてエッチングマスクを形成する方法がある。

このようにエッチング加工により微細格子を形成するには、まず基材上にアルミ膜などの金属膜を成膜し、この金属膜に微細格子に対応する微細孔からなるパターンを形成してパターン膜を形成する。パターン膜をエッチングマスクとして、基材にエッチング加工を施すことで、基材の露出部分が食刻されて多数の孔が形成される。これにより微細格子が形成される。
特開平１０−０９６８０８号公報

ところで、金属膜にパターンを形成するには、陽極酸化の手法が用いられる。従来の微細格子の作成方法について、図２に示す。図２ａは加工前の基材１００を示し、この基材１００はシリコン（Ｓｉ）からなっている。図２ｂに示すように、基材１００の表面にアルミ膜１０５を成膜し、図２ｃに示すように、アルミ膜１０５に対し陽極酸化により規則的に配列された多数の微細孔を形成して、パターン膜１１０を形成する。

この際、露出する基材１００表面も酸化し、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の膜１３０が形成される。このように、基材１００の表面が酸化すると、エッチング加工時の食刻状態が変化する。これは、二酸化ケイ素はシリコンに比べ、幅方向に食刻されにくいという特性を有していることによる。

図２ｄに示すように、基材１００の表面が酸化された状態でエッチング加工を施すと、基材１００の酸化された膜１３０は二酸化ケイ素であるため、厚さ方向に食刻されていく。さらにエッチングを進めると、図２ｅに示すように、基材１００のシリコン部分に到達し、厚さ方向に加えて幅方向にも食刻される。エッチング加工が終了したら、図２ｆに示すように、パターン膜１１０を取り除いて微細格子が完成する。

この結果、形成される孔１２０は、上部に図２ｆに示すような末広がり状の逆傾斜部を有する形状となる。孔１２０がこのような逆傾斜部を有すると、この基材１００に対して電鋳加工を施して金型を形成した場合、金型には逆傾斜部が反転したアンダーカット部が形成される。この金型を用いて射出成形を行うと、光学部材の材料がこのアンダーカット部にも充填されるので、離型が困難となる。したがって、微細格子の作製にあたっては、逆傾斜部を有しない形状とすることが望ましい。

本発明は以上の問題点を鑑みてなされたものであり、金属製のパターン膜を基材上に形成しても、基材表面が酸化されずエッチング加工に影響を及ぼさない微細格子の作製方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため本発明に係る微細格子作製方法は、基材の表面にエッチング加工により微細格子を形成する微細格子作製方法において、
上記基材の表面に薄膜を成膜して保護膜を形成する工程と、
上記保護膜上に金属膜を成膜し、該金属膜を陽極酸化して上記微細格子に対応した多数の微細孔からなるホールパターンを有するパターン膜を形成する工程と、
上記微細孔により露出した保護膜にエッチング加工を施して食刻し、上記微細孔を上記基材に到達させる工程と、
上記微細孔により露出した基材にエッチング加工を施して食刻し、上記微細格子を形成する工程とを有することを特徴として構成されている。

また本発明に係る微細格子作製方法は、上記保護膜を酸化物により形成することを特徴として構成されている。

また本発明に係る微細格子作製方法は、上記保護膜を二酸化ケイ素により形成することを特徴として構成されている。

また本発明に係る微細格子作製方法は、上記パターン膜をアルミにより形成することを特徴として構成されている。

本発明に係る微細格子作製方法によれば、基材の表面に薄膜を成膜して保護膜を形成し、保護膜上にパターン膜を形成してエッチング加工を施して食刻し、微細孔を基材に到達させた上で、エッチング加工を施して微細格子を形成することにより、金属膜を陽極酸化させる際に基材が保護膜によって被覆されているので、基材表面が酸化されず、従って基材に形成する孔の上部に逆傾斜部が形成されることもない。

また本発明に係る微細格子作製方法によれば、保護膜を酸化物により形成することから、保護膜が既に酸化されているので、陽極酸化によって酸化されず組成が変化しないので、より確実に基材を保護することができる。

また本発明に係る微細格子作製方法によれば、保護膜を二酸化ケイ素により形成することで、二酸化ケイ素は厚さ方向に食刻されやすく幅方向に食刻されにくいという特性を有するので、微細孔を略同幅のまま基材表面に到達させやすくなり、容易に所望の幅の微細孔からなるマスクパターンを有するエッチングマスクを形成することが可能となる。

また本発明に係る微細格子作製方法によれば、パターン膜をアルミにより形成することから、微細孔の形成が容易となると共に、微細孔の大きさ、配列間隔などを制御しやすくなり、容易に微細格子に対応した多数の微細孔からなるホールパターンを形成可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は本発明の実施形態における模型材１０に反射防止格子を形成する工程を示す図である。模型材１０はシリコンからなり、光学部材を射出成形するための金型の形成に用いられるものである（図１ａ）。金型は、この模型材１０に対して電鋳加工を行うことにより形成される。

このような模型材１０に対して反射防止格子１２を形成する工程においては、まず初めに、スパッタ法、ＣＶＤ法等により模型材１０の表面に二酸化ケイ素からなる保護膜２０を成膜する（図１ｂ）。この保護膜２０は、陽極酸化を行う際に電解液から模型材１０を保護する役割を果たす。

次に、この保護膜２０の上からアルミ膜３０ａを成膜する（図１ｃ）。そして、アルミ膜３０ａと共に模型材１０を酸性電解液中に浸し、アルミ膜３０ａを陽極酸化してパターン膜３０を形成する。つまりアルミ膜３０ａを陽極として用いて酸性電解液の電気分解を行う。

アルミ膜３０ａを酸性電解液内で陽極酸化すると、まずアルミ膜３０ａの表面に酸化被膜が形成され、この酸化被膜には酸の作用により表面に規則性の高い配列状の凹部が形成される。そしてさらに電気分解を続けると、この凹部の形成が促進されてアルミ膜３０ａを浸食し、最終的にアルミ膜３０ａに規則性の高い配列状の微細孔３１、３１が形成されて、パターン膜３０を形成する。

この微細孔３１、３１の大きさ、配列間隔等は印加電圧や電解液の種類、濃度等を変更することにより制御可能であることから、ここではアルミ膜３０ａを陽極酸化することにより、反射防止格子１２に対応した微細孔３１、３１からなるホールパターンを有するパターン膜３０を形成する（図１ｄ）。ここで、模型材１０の表面は、二酸化ケイ素からなる保護膜２０によって被覆されているので、アルミ膜３０ａを陽極酸化する際に酸化されて特性が変化するようなことはない。

次に、パターン膜３０をエッチングマスクとして、保護膜２０により表面を被覆された模型材１０に対して、エッチングガスによりドライエッチングを行う（図１ｅ）。これにより、まず模型材１０のアルミ膜３０ａから露出した保護膜２０が食刻される。

二酸化ケイ素からなる保護膜２０は、厚さ方向に食刻されやすく、幅方向に食刻されにくいという特性を有することから、第二マスク膜５０は厚さ方向に略一様に食刻され、その結果、微細孔が略同幅のまま模型材１０の表面に到達する。

微細孔が模型材１０の表面に到達してからも、引き続きエッチングを行う（図１ｆ）。シリコンは厚さ方向と共に、幅方向にも食刻されやすいので、模型材１０に対する食刻が進行すると、厚さ方向に徐々に幅狭となる傾斜面１１が形成され、錘状の微細孔３１を形成する。これが模型材１０の表面に多数形成されて反射防止格子１２となる。最後に、ふっ酸処理装置を用いて保護膜２０及びパターン膜３０を除去する（図１ｇ）。

アルミ膜３０ａを成膜する前に保護膜２０を模型材１０の表面に成膜しておいたことにより、模型材１０の露出する部分の下部及び露出しない部分の下部には、共に保護膜２０が形成されているために、保護膜２０をエッチングにより食刻する際に幅方向に食刻されることを防ぎ、微細孔３１を形成した際に逆傾斜部を形成することなく、所望の形状を得ることができる。

したがって、この模型材１０に電鋳加工を施して金型を形成すると、アンダーカット部のない金型とすることができる。この金型を用いて射出成形を行うと、アンダーカット部がないことにより、離型しやすく、光学部材の製造を容易にすることができる。

以上、本発明の実施形態について説明した。上記実施形態においては、光学部材の模型材の表面に反射防止格子を形成する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれ以外にも、基材上に微細格子を形成する場合には広く適用可能である。

本発明の実施形態における模型材に反射防止格子を形成する工程を示す図である。 従来における模型材に反射防止格子を形成する工程を示す図である。

符号の説明

１０ 模型材
１１ 傾斜面
１２ 反射防止格子
２０ 保護膜
３０ パターン膜
３０ａ アルミ膜
３１ 微細孔

Claims (4)

1. 基材の表面にエッチング加工により微細格子を形成する微細格子作製方法において、
   上記基材の表面に薄膜を成膜して保護膜を形成する工程と、
   上記保護膜上に金属膜を成膜し、該金属膜を陽極酸化して上記微細格子に対応した多数の微細孔からなるホールパターンを有するパターン膜を形成する工程と、
   上記微細孔により露出した保護膜にエッチング加工を施して食刻し、上記微細孔を上記基材に到達させる工程と、
   上記微細孔により露出した基材にエッチング加工を施して食刻し、上記微細格子を形成する工程とを有することを特徴とする微細格子作製方法。
2. 上記保護膜を酸化物により形成することを特徴とする請求項１記載の微細格子作製方法。
3. 上記保護膜を二酸化ケイ素により形成することを特徴とする請求項２記載の微細格子作製方法。
4. 上記パターン膜をアルミにより形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の微細格子作製方法。

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