JP4066237B2

JP4066237B2 - 光学素子用成形金型の製造方法

Info

Publication number: JP4066237B2
Application number: JP2002175351A
Authority: JP
Inventors: 雅弘森川; 和三古田; 明希子久慈
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2002-06-17
Filing date: 2002-06-17
Publication date: 2008-03-26
Anticipated expiration: 2022-06-17
Also published as: JP2004016922A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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、本発明で使用可能な塗布方法は、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、本発明で使用可能な塗布装置は、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】
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非球面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、前記光学素子用の回折輪帯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、本発明による光学素子用成形金型の製造方法によれば、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、本発明で使用可能な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

Claims

基材上に光学素子用の非球面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、
前記光学素子用の回折輪帯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。
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に記載の光学素子用成形金型の製造方法。
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１に記載の光学素子用成形金型の製造方法。
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に記載の光学素子用成形金型の製造方法。
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１乃至４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。