Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP4446558B2 - Curing method and apparatus using ultraviolet rays - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP4446558B2 - Curing method and apparatus using ultraviolet rays - Google Patents

Curing method and apparatus using ultraviolet rays Download PDF

Info

Publication number
JP4446558B2
JP4446558B2 JP2000138103A JP2000138103A JP4446558B2 JP 4446558 B2 JP4446558 B2 JP 4446558B2 JP 2000138103 A JP2000138103 A JP 2000138103A JP 2000138103 A JP2000138103 A JP 2000138103A JP 4446558 B2 JP4446558 B2 JP 4446558B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
curing
material layer
ultraviolet rays
polymer material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2000138103A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2001316485A (en
Inventor
和博 梅木
克彦 藤原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Optical Industries Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Optical Industries Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Optical Industries Co Ltd filed Critical Ricoh Optical Industries Co Ltd
Priority to JP2000138103A priority Critical patent/JP4446558B2/en
Publication of JP2001316485A publication Critical patent/JP2001316485A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4446558B2 publication Critical patent/JP4446558B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)
  • Surface Treatment Of Glass (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Description

【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)21/2
+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+Y21/2
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)21/2
+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
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and apparatus for curing a polymer material layer pattern formed on a substrate capable of transmitting ultraviolet rays.
As an example of a target polymer material layer pattern, a photosensitive material pattern having a three-dimensional structure is formed on a substrate in accordance with a target special surface shape, and the photosensitive material pattern is engraved on the substrate to be three-dimensional. Mention may be made of the photosensitive material pattern used in a method for producing an article having a structured surface shape.
[0002]
[Prior art]
Special surface shapes typified by spherical surfaces and aspheric surfaces have been used for the refractive surfaces and reflective surfaces of optical elements. In recent years, special surface shapes have been required for microlenses and the like in connection with liquid crystal display elements, liquid crystal projectors, and the like.
Therefore, as a method for forming the refracting surface and the reflecting surface without using molding or polishing, a method of forming a photosensitive material pattern and transferring it to a substrate has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 7-230159, specially disclosed). (See Table No. 8-504515). In that method, a layer of photoresist (a representative example of a photosensitive material) is formed on the surface of an optical substrate, and the photoresist layer is exposed through an exposure mask having a two-dimensional transmittance distribution, By developing the photoresist, a convex or concave shape is obtained as the surface shape of the photoresist, and then anisotropic etching is performed on the photoresist and the optical substrate, and the surface shape of the photoresist is engraved on the optical substrate and transferred. By doing so, the shape of the refracting surface or reflecting surface having a desired three-dimensional structure is obtained on the surface of the optical substrate.
[0003]
When the surface shape of the photoresist is engraved on the optical substrate and transferred, both the photoresist and the optical substrate are etched by anisotropic etching. In order to transfer the surface shape of the photoresist to the optical substrate, an appropriate selection ratio is required with respect to the etching rate of the optical substrate and the etching rate of the photoresist. Usually, since the etching rate of the photoresist is high with respect to the optical substrate, it is necessary to improve the etching resistance of the photoresist.
[0004]
In addition, when RIE (reactive ion etching) or ICP (inductively coupled plasma) dry etching is used as anisotropic etching, the photoresist is heated by a surface reaction between the photoresist and plasma or a reaction caused by collision of ions in the plasma. Is done. Therefore, if the photoresist has insufficient heat resistance, the photoresist flows and the shape of the photoresist pattern is impaired. Therefore, it is necessary to increase the heat resistance of the photoresist.
[0005]
Recently developed high resolution positive resists with high integration and miniaturization have lower heat resistance than negative types. Also, recently developed resists for g-line (436 nm) and i-line (365 nm) have low heat resistance.
In addition, in the process targeted by the present invention, plasma etching resistance in addition to heat resistance is a characteristic required for a resist material. As a method for increasing heat resistance and plasma etching resistance, there is a method of increasing the temperature stepwise in post-baking, but sufficient heat resistance and plasma etching resistance cannot be obtained. In particular, the thicker the resist, the more difficult it is to evaporate and remove the solvent component, and sufficient heat resistance and plasma etching resistance cannot be obtained.
[0006]
Therefore, in the semiconductor process, a UV (ultraviolet) curing process of a photoresist is used. In the UV curing process, a semiconductor wafer coated with a photoresist on the front side is placed on a wafer processing table with a built-in heater under reduced pressure and heated from the back side of the wafer, while ultraviolet light is applied to the photoresist from the front side of the wafer. (See Japanese Patent No. 2798792).
As the wavelength of ultraviolet rays used in UV curing, light irradiation shorter than 300 nm is the mainstream. This is because it is considered that the heat resistance of the resist is improved by a combination of the novolak resin and the photosensitive material to cause a crosslinking reaction.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
When the substrate is in the atmosphere in the mechanism for heating the substrate, there are three transmission methods: air convection, heat transfer (contact between the substrate and the heating jig), and radiation. When the heating jig is placed in a vacuum, the gap between the heating plate and the substrate is also vacuum, so heat transfer due to air convection is lost, and how heat is transferred from the heating plate to the substrate And only radiation. That is, heat is hardly transmitted from the heating plate to the substrate, and the temperature difference between the heating plate surface and the substrate is increased. For this reason, it is necessary to set the heating plate set temperature higher.
[0008]
In the UV curing method described above, the photoresist is heated from the back surface of the substrate (the surface without the photoresist). That is, the thermal energy that contributes to the evaporation of the solvent in the resist is “supplied from the bottom of the resist”, whereas the vacuum environment that assists the volatilization of the solvent acts from the “resist surface”. Similarly, ultraviolet rays are irradiated from the “resist surface”. The above UV curing process is performed in a semiconductor process, and if it is to be applied as it is to a process for curing a photoresist pattern having a thick three-dimensional structure as the object of the present invention, it is as follows. Various problems arise.
[0009]
(1) Generation and residual bubbles in resist
A positive resist is N when irradiated with ultraviolet rays.2Release gas. If a hardened layer is formed on the resist surface without completely releasing it, N2The gas remains in the form of bubbles, causing resist rupture. This is because UV irradiation is performed from the resist surface to form a hardened surface layer, and N2This is because the gas evaporation path is blocked. In particular, this problem becomes more apparent as the resist film thickness increases.
[0010]
(2) In the method targeted by the present invention, since the resist is thick, it is difficult for light to reach the substrate surface (lower part of the resist). In particular, when UV irradiation is performed from the resist surface, only the surface layer is cured, and this cured layer strongly absorbs light having a wavelength of 300 nm or less and prevents light from penetrating into the resist. The formation of the surface hardened layer occurs even when the organic solvent component is partially evaporated on the surface, that is, only by heating. As a result, there arises a problem that the heat resistance inside the resist is not improved and the processing time becomes long.
Further, if the set temperature of the heating plate is increased to sufficiently heat the resist in a state where the heat resistance inside the resist does not reach a predetermined temperature, the resist pattern is deformed or wrinkles are generated.
[0011]
(3) In the conventional method, the back surface of the substrate is heated by being brought into contact with the heating member, so that the back surface of the substrate may be damaged. Even if there is no problem in the case of a semiconductor wafer as in the prior art, the transmission characteristic is affected in the case of a substrate on which an optical element targeted by the present invention is formed. In order to avoid this, if a gap is provided between the back surface of the substrate and the heating member, this causes a problem that the temperature difference between the back surface of the substrate and the heating member becomes large.
An object of the present invention is to provide a method and apparatus for solving these problems and curing a pattern of a thick polymer material layer formed on a substrate.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The curing method of the present invention is applied when a polymer material layer formed and patterned on the surface side of a transparent glass substrate is cured. A preferred example of the polymer material layer is a photosensitive material layer, which is applied to the surface side of a transparent glass substrate and patterned according to a desired shape.
In the case of a photosensitive material layer, a photosensitive material layer is formed by applying a photosensitive material to a predetermined thickness on the surface of a substrate material on which a desired special surface shape is to be formed. A mask pattern is exposed on the photosensitive material layer using a mask designed in advance by another method.
[0013]
In the present invention, a transparent glass substrate is used. A photosensitive material layer is applied on the substrate, and the photosensitive material layer is patterned according to a desired shape. The desired shape may be a line / space like a semiconductor or a three-dimensional structure. Further, it may be a structural part for micromachining. Next, development and rinsing are carried out (PEB (post-exposure baking) if necessary). Thereafter, the resist is cured and irradiated with ultraviolet rays to improve etching resistance and heat resistance.
In the curing step, in the present invention, under a reduced pressure, ultraviolet rays in a wavelength region capable of curing the target polymer material layer and infrared rays for heating are irradiated from the back side of the transparent glass substrate.
[0014]
In the present invention, a transparent substrate is used, and ultraviolet irradiation and infrared irradiation are performed from the back side of the substrate. Curing of the polymer material layer is realized by ultraviolet irradiation, and heating of the polymer material layer is realized by infrared irradiation. By performing UV irradiation and infrared irradiation from the back side of the substrate, the polymer material layer is cured from the resist heating part side, preventing the formation of a hardened surface layer, and achieving uniform heating and high-precision temperature control by infrared irradiation. ing.
[0015]
When the resist temperature (substrate temperature) is increased and ultraviolet irradiation is performed, the curing reaction is accelerated, and the heat resistance is significantly improved by increasing the thickness of the cured layer.
The improvement in resist heat resistance is because the cross-linking reaction proceeds by ultraviolet rays, and the resist is polymerized.
When the curing process is performed under reduced pressure, the curing process can be performed in a short time. This is because moisture and solvent are removed under reduced pressure and the curing speed is increased.
[0016]
By performing infrared heating as a substrate heating method, non-uniformity of heat conduction in vacuum, difficulty of heat transfer, improvement of reproducibility, etc. are realized. This is because the curing reaction proceeds from a portion irradiated with ultraviolet rays. As the thickness of the cured layer increases, the heat resistance of the polymer material layer improves.
In the curing process, it is important to raise the substrate temperature to the required heat-resistant temperature while irradiating with ultraviolet light. It is also important how the temperature is increased, how much the irradiation intensity is increased, and what the irradiation amount is. Although there are many elements as described above, the method differs depending on the type, thickness, processing method, and the like of the resist.
[0017]
The curing apparatus of the present invention that realizes this curing method holds a transparent glass substrate having a polymer material layer pattern formed on the surface side at the periphery of the transparent glass substrate so that the polymer material layer pattern faces upward A substrate holding mechanism, an ultraviolet irradiation mechanism that is disposed below the transparent glass substrate and that irradiates the polymer material layer with ultraviolet rays in a wavelength range that can cure the polymer material layer, and the transparent glass substrate. A substrate heating mechanism that is disposed below the substrate and irradiates the polymer material layer with infrared rays for heating the polymer material layer through the transparent glass substrate; and the ultraviolet irradiation mechanism that houses the transparent glass substrate and the substrate holding mechanism. And an evacuation mechanism and an evacuation mechanism for depressurizing the inside.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The ultraviolet rays for curing the polymer material layer in the present invention preferably have a wavelength of 300 nm or less. As a light source having such a wavelength, a low-pressure mercury lamp, a high-pressure mercury lamp, an ultrahigh-pressure mercury lamp, a xenon lamp, a metal halide lamp, or the like can be used.
A preferred example of the ultraviolet light source is an ozone cleaning lamp that generates ultraviolet light having strong intensities near 185 nm and 254 nm. By using ultraviolet rays having these two wavelengths, the curing rate can be increased. This is because the curing speed, the thickness of the cured layer, and the heat resistance vary depending on the type of resist.
[0019]
Ultraviolet rays having two types of wavelengths may be irradiated at the same time, or may be selected and sequentially irradiated by a filter. In the case of sequential irradiation, it is preferable to first irradiate ultraviolet rays around 185 nm and then irradiate ultraviolet rays around 254 nm. Thereby, the curing rate can be further increased.
It was found that foaming can be prevented by irradiating ultraviolet rays after cutting a part of the irradiation wavelength with a filter. When the polymer material irradiated with ultraviolet rays is a photosensitive material and is a positive photoresist, the polymer chain is designed to be broken by ultraviolet rays of 300 to 500 nm. Therefore, it is preferable to use a filter to remove such wavelengths that are harmful to the curing process.
[0020]
It is preferable to selectively use the wavelength of the ultraviolet rays to be irradiated according to the target polymer material and to properly use the irradiation timing. This is because the temperature at the time of irradiation is more dominant than the intensity of ultraviolet irradiation, and the curing rate increases when irradiated while increasing the temperature.
In the irradiation with ultraviolet rays, it is preferable to first reduce the irradiation intensity and then increase the irradiation intensity. When the photosensitive material layer is thick, when it is irradiated with strong ultraviolet rays from the beginning, it foams and bubbles remain in the photosensitive material layer or burst, and the photosensitive material pattern is damaged. In order to prevent this, it is preferable to first irradiate with weak UV intensity for several seconds to 30 seconds to release gas that causes foaming.
Infrared rays are preferably infrared rays having a wavelength of 0.8 μm to 5.0 μm.
[0021]
The curing device of the present invention is characterized in that the substrate holding mechanism holds the substrate at the periphery of the substrate, and the ultraviolet lamp and the infrared lamp for heating the substrate are arranged on the back side of the substrate. Are preferably arranged in parallel and arranged so as not to interfere with each other. Furthermore, it is preferable to install an auxiliary reflector so that the illuminance and intensity are uniform.
As shown in the examples, the ultraviolet lamp and the infrared lamp are preferably irradiated after the infrared lamp is first irradiated and the polymer material layer reaches a predetermined temperature, and then the ultraviolet lamp is irradiated.
[0022]
The vacuuming period starts simultaneously with the irradiation of the infrared lamp.
The curing method of the present invention can be applied to a polymer material layer other than the photosensitive material layer. Examples of such a polymer material layer include ink, an adhesive, a paint, and a surface treatment film.
[0023]
【Example】
FIG. 1 shows an embodiment of the curing apparatus of the present invention.
Reference numeral 2 denotes a vacuum chamber of a decompression container, in which a substrate holder 4 of a substrate holding mechanism is provided. The substrate holder 4 holds the transparent glass substrate 6 having the polymer material layer pattern formed on the surface side at the periphery of the substrate 6 so that the polymer material layer pattern faces upward.
[0024]
The lower surface of the vacuum chamber 2 is an entrance window of a synthetic quartz plate, and ultraviolet rays for curing the polymer material layer and infrared rays for heating the polymer material layer through the entrance window are vacuum chambers. 2, the polymer material layer pattern formed on the surface thereof is irradiated through the transparent glass substrate 6. The vacuum chamber 2 is provided with a vacuum pump 10 via a pressure control mechanism (valve) 8 for controlling the exhaust speed in order to bring the inside into a reduced pressure state.
The vacuum chamber 2 is further provided with a nitrogen supply mechanism 12 for supplying nitrogen to be introduced when the vacuum chamber 2 leaks (releases the vacuum), and a vent 14 for discharging the nitrogen from the vacuum chamber 2.
[0025]
A load is placed on the side of the vacuum chamber 2 so that the work can be continued without breaking the vacuum in the vacuum chamber 2 when the substrate 6 is placed on the substrate holder 4 or removed from the substrate holder 4. A lock chamber 16 is provided. Reference numeral 18 denotes a substrate carrier that accommodates the substrate 6 before and after the curing process. The substrate is transferred between the substrate carrier 18 and the load lock chamber 16 by the transfer robot 20.
An illuminating device including a UV (ultraviolet irradiation) lamp 22 that irradiates ultraviolet rays through an incident window and an infrared lamp 24 that irradiates infrared rays is disposed below the vacuum chamber 2. Reference numeral 26 denotes a power source for the UV lamp 22, and reference numeral 28 denotes a cooling device having a Peltier element for cooling the UV lamp 22. Although not shown, the lamp 22 and the infrared lamp 24 are provided with a shutter, a filter, and an auxiliary reflector for equalizing the irradiation intensity.
[0026]
A power supply device 30 supplies necessary power to each unit. An outer frame surrounded by a broken line means the entire curing device, and 32 is an air conditioning control device for controlling the cleanliness of the entire curing device.
As the UV lamp 22, three lamps for UV ozone cleaning (QOL350U-3: 350W manufactured by Iwasaki Electric Co., Ltd.) were used. This lamp emits main ultraviolet wavelengths of 185 nm and 254 nm. Which of these wavelengths is used is automatically controlled by a filter installed in the irradiation apparatus. The irradiation intensity is variable from a maximum of 70 mW to a minimum of 24 mW by changing the irradiation distance.
[0027]
(Example 1)
(In the case of production of micro dimension MLA for liquid crystal)
Example 1 is an example in which the present invention is applied to manufacture of a fine pitch MLA (micro lens array).
In the MLA for liquid crystal projectors, the pixel size for 0.9 "-XGA is 18 μm × 18 μm. In this MLA, if there are 1 μm lens non-forming portions on both sides of the lens, 17 μm × 17 μm The MLA area occupying the microlens area and occupying the entire area is
17 × 17/18 × 18 = 289/324 = 89.2 (%)
Thus, even if all the light can be collected effectively by the MLA, the light collection efficiency is only 89.2%. That is, it is important to reduce the area of the MLA non-formation part in order to improve the light utilization efficiency.
[0028]
Therefore, here, a reticle for a minute pitch MLA in which the interval between adjacent microlenses is made as close to zero as possible is prepared in advance. The reticle will be described. Since a 1 / 5-fold (reduced) stepper is used, the actually manufactured reticle pattern size is 90 μm × 90 μm. This one MLA is divided into 3.0 μm unit cells, and is divided into vertical × horizontal = 30 × 30 (pieces) = 900 (pieces) unit cells. Next, cell No. 1 (all chromium remaining) is placed in the center 2 × 2 unit cell (6 μm × 6 μm on the reticle and 1.2 μm × 1.2 μm in the actual pattern). . The four corners of the lens are cell No. Place 80 (no chrome remaining). No. The “opening area” corresponding to each “gradation” is associated with the cells 1 to 80. This relationship is obtained from the exposure process and the resist sensitivity curve. Of course, if the resist material or process is different, it is necessary to grasp the sensitivity curve each time.
[0029]
Next, a process of manufacturing an MLA for a liquid crystal projector using the reticle as a mask will be described.
A neoceram substrate having a diameter of 8 inches is prepared, and a positive photoresist TGMR-950 (manufactured by Tokyo Ohka) is applied on the substrate to a thickness of 7.9 μm.
Next, this substrate was pre-baked at 90 ° C. for 180 seconds using a hot plate. The substrate was exposed using the reticle mask with the 1/5 stepper. The shape of the reticle is that of the MLA specification for a liquid crystal projector. The exposure conditions are defocus amount: +10 μm, irradiation amount: 390 mW × 1.92 seconds (illuminance: 720 mJ). The distance between the lenses after exposure is almost zero. The sign of the defocus amount + means that the focus of light to be projected and exposed is above the resist surface.
Thereafter, PEB was performed at 110 ° C. for 180 seconds.
[0030]
The exposed photoresist was developed and rinsed to form a resist pattern. The resist height after rinsing was 5.0 μm.
Next, the resist was cured by evacuation while irradiating with ultraviolet rays for 210 seconds with the ultraviolet curing device of FIG. The UV curing conditions of the present embodiment are that the substrate 6 is carried in by the automatic transfer device 20 and then the vacuuming valve 8 is opened to start vacuuming. The vacuuming is roughly evacuated to 1 Pa in 60 seconds, and then maintained at 0.9 Pa with a dry pump. The substrate 6 is heated by irradiating infrared rays from the infrared lamp 24 at the same time as evacuation is started. The substrate temperature is raised to 60 ° C. within 60 seconds and maintained. Thereafter, the resist is irradiated with ultraviolet rays of 185 nm for 30 seconds to perform initial curing slowly. Next, while maintaining the temperature, the resist is cured by irradiation with ultraviolet rays of 256 nm for 120 seconds.
[0031]
Switching between wavelengths of 185 nm and 254 nm was performed by replacing the filter after closing the shutter once. Illuminance is low at 185 nm and 24 mW / cm2254nm is 50mW / cm high2It is. During this time, the degree of vacuum remains maintained. When the shape of the resist pattern was measured after the curing process, there was no change from before the curing process.
This UV curing process improves the plasma etching resistance and heat resistance of the resist, and can withstand processing in the next process.
[0032]
The substrate 6 that has undergone the UV curing process is set in an ICP dry etching apparatus, and the degree of vacuum is 1.5 × 10.-3 At Toor, the reaction gas is CHF.Three: 5.0 sccm, CFFour: 50 sccm, O2: 20 sccm, dry etching was performed under conditions of substrate bias power: 600 W, upper electrode power: 1.25 KW, substrate cooling temperature: −20 ° C. At this time, the substrate bias power and the upper electrode power were changed with time, and etching was performed while changing the selection ratio (substrate etching rate / resist etching rate) to increase with time. The average etching rate of the substrate was 0.63 μm / min, but the actual etching time required 11.5 minutes. The lens height after etching was 5.33 μm. The glass surface after etching did not become rough and showed good heat resistance and plasma etching resistance.
[0033]
(Example 2)
As Example 2, a Fresnel lens was manufactured. In this example, a 65-band Fresnel lens having a substrate material: BK-7, a focal length: f = 6.25 (mm), and a numerical aperture: NA = 0.4 (10λ gap) was manufactured as a Fresnel lens.
FIG. 2 shows a part of the right portion of the Fresnel lens 42 from the optical axis O, where t is the thickness of the substrate, h (n) (n = 1, 2, 3...) Is the light. The surface height from the axis O to each annular zone, ΔZ (n) is the sag amount representing the depth from the surface of each annular zone to the valley, and θ is the inclination angle.
[0034]
Here, the aspherical expression Z (n) representing the curved surface shape of each annular zone of the Fresnel lens is:
Z (n) = ch (n)2/ {1+ (1- (K + 1) c2h (n)2)1/2}
+ Ah (n)Four+ Bh (n)6+ Ch (n)8+ Dh (n)Ten
The surface height: h (n) is
h (n) = (X2+ Y2)1/2
And the inclination angle θ is
θ = arctan (dz / dh)
And the slope dz / dh is
dz / dh = ch (n)2/ {(1- (K + 1) c2h (n)2)1/2}
+ 4Ah (n)Three+ 6Bh (n)Five+ 8Ch (n)7+ 10Dh (n)9
It is. Also,
Design wavelength λ = 780 (nm),
Substrate thickness t = 1 ± 0.05 (mm)
(Parallelity: 0.1 μm or less at φ5 mm),
The refractive index of the substrate n = 1.5118,
Back focus BF = 5.588268
It is. Each aspheric coefficient is
c = 1 / R
= 0.3133003251 (curvature radius R = 3.1944855),
K = −0.879855532,
A = −0.00105951,
B = 6.20613 × 10-6,
C = 0,
D = 0
It is. Moreover, the result of having calculated the amount of sag of 1 to 65 annular zones is shown in FIGS.
[0035]
Based on the above, a 65-zone Fresnel lens was designed, but with the design values shown in FIGS. Since there is a difference of about .5 μm, the lens design was corrected so that the height of each annular zone of the Fresnel lens was the same height of 15.5 μm, and a Fresnel lens was manufactured with this corrected value.
In the case of a Fresnel lens, the curvature of the outer ring is increased, so the unit cell shape is a square of 2 μm × 2 μm, the dot shape is a circle (a method of increasing the area concentrically), and the dot arrangement is the center arrangement A density distribution mask was manufactured.
[0036]
From the sensitivity curve of the resist and the above formula, the concentration distribution mask pattern No. The density distribution mask was manufactured.
Next, an example of a Fresnel lens manufactured using the mask will be described.
A BK-7 glass substrate was prepared, and the TGMR-950 resist (product of Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) was applied on the substrate to a thickness of about 8.5 μm. Next, pre-baking was performed at 90 ° C. with a baking time of 180 seconds using a hot plate.
The substrate was exposed with a 1 / 2.5 stepper. The exposure conditions are defocus: +5 μm, irradiation amount: 390 mW × 1.92 seconds (illuminance: 720 mJ).
[0037]
After exposure under these conditions, PEB was carried out at 110 ° C. for 3 minutes. The resist height at this time was 7.5 μm. Thereafter, development and rinsing were performed to form a resist pattern.
Next, the resist was cured by evacuation while irradiating with ultraviolet rays for 210 seconds with the ultraviolet curing device of FIG. By this operation, the plasma etching resistance and heat resistance of the resist are improved, and the resist can withstand processing in the next process.
[0038]
In the UV curing conditions of this embodiment, after the substrate 6 is carried in by an automatic conveyance device, the vacuuming valve 8 is opened to start vacuuming. Roughing to 1 Pa in 60 seconds. Then, it maintains at 0.95 Pa with a dry pump. Substrate heating is started by irradiating infrared rays from the infrared lamp 24 at the same time as evacuation starts, and substrate heating starts. Raise to 55 ° C and maintain within 60 seconds. Thereafter, ultraviolet rays of 185 nm are irradiated for 20 seconds to perform initial curing slowly. Next, while maintaining the temperature, the resist is cured by irradiation with ultraviolet rays of 254 nm for 130 seconds.
[0039]
Switching between the wavelengths of 185 nm and 254 nm was performed by replacing the filter after closing the shutter once. Illuminance is low at 185 nm and 24 mW / cm2254nm is 55mW / cm high2It is. During this time, the degree of vacuum remains maintained. When the resist shape was measured after the curing process, there was no change from before the curing process.
[0040]
The substrate 6 that has undergone the UV curing process is set in an ICP dry etching apparatus, and the degree of vacuum is 1.5 × 10.-3 At Toor, the reaction gas is CHF.Three: 10.0sccm, CL2: 1.0 sccm, CFFour: 15.0 sccm, O2: 0.9 sccm, dry etching was performed under conditions of substrate bias power: 1 KW, upper electrode power: 1.25 KW, substrate cooling temperature: −20 ° C. At this time, etching was performed while changing the substrate bias power and the upper electrode power over time and changing the selection ratio to increase with time. The average etching rate of the substrate was 1.17 μm / min, and the average selectivity was 2.07. The lens height after etching was 15.55 μm. The actual etching time required 13.5 minutes.
[0041]
【The invention's effect】
When the curing method and curing apparatus using ultraviolet irradiation according to the present invention are used, the following effects can be obtained and various problems can be solved.
(1) Since heating is performed from the back side of the polymer material layer by infrared irradiation, the temperature distribution in the substrate can be controlled, and the generation and remaining of bubbles in the resist can be suppressed.
(2) The temperature distribution in the substrate has become smaller. Resist curing is possible from the substrate side, and thermal deformation and wrinkle generation are eliminated, and the resist is no longer thermally deformed by heat.
(3) Complete curing was possible even when the resist thickness was 7 μm or more. Thus, even if the resist is thick, heat resistance is no longer insufficient.
(4) By performing ultraviolet irradiation and infrared irradiation from the side opposite to the side where the polymer material is present, the entrance window on the lamp side is no longer contaminated due to evaporation of the solvent and the resist itself. Maintenance time has been reduced.
(5) Curing conditions can be set according to the type of resist, so that many resists can be cured, and a curing effect can be obtained regardless of the type of resist.
(6) Scratches on the back of the substrate no longer occur. In addition, there is no need to provide a gap between the substrate and the heater as in the case of using a heater, and no difference in the substrate temperature is caused by providing the gap.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a curing device.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a part of a Fresnel lens.
FIG. 3 is a diagram showing 1 to 4 zones of the designed Fresnel lens.
FIG. 4 is a diagram showing 4 to 15 ring zones of the Fresnel lens.
FIG. 5 is a diagram showing 15 to 33 annular zones of the Fresnel lens.
FIG. 6 is a view showing 33 to 58 annular zones of the Fresnel lens.
FIG. 7 is a view showing the 58 to 65 annular zones of the Fresnel lens.
[Explanation of symbols]
2 Vacuum chamber
4 Board holder
6 Transparent glass substrate
10 Vacuum pump
22 UV lamp
24 Infrared lamp

Claims (10)

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。
In a method of curing a polymer material layer formed and patterned on the surface side of a transparent glass substrate,
A curing method comprising irradiating ultraviolet rays in a wavelength region capable of curing the polymer material layer and infrared rays for heating from the back side of the transparent glass substrate under reduced pressure.
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。The curing method according to claim 1, wherein the polymer material layer is a photosensitive material layer, which is applied to the surface side of a transparent glass substrate and patterned according to a desired shape. 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。The curing method according to claim 1, wherein the ultraviolet ray has a wavelength of 300 nm or less. 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。The curing method according to claim 3, wherein the ultraviolet rays are ultraviolet rays having strong intensities near 185 nm and 254 nm. 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。5. The curing method according to claim 4, wherein the irradiation with ultraviolet rays is performed by first irradiating ultraviolet rays around 185 nm and then irradiating ultraviolet rays around 254 nm. 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。5. The curing method according to claim 4, wherein the irradiation with ultraviolet rays first reduces the irradiation intensity and then increases the irradiation intensity. 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。The curing method according to claim 1, wherein the infrared ray is an infrared ray having a wavelength of 0.8 μm to 5.0 μm. 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。
A substrate holding mechanism for holding a transparent glass substrate having a polymer material layer pattern formed on the surface side at the periphery of the transparent glass substrate so that the polymer material layer pattern faces upward;
An ultraviolet irradiation mechanism disposed below the transparent glass substrate and irradiating the polymer material layer with ultraviolet rays in a wavelength region capable of curing the polymer material layer, through the transparent glass substrate;
A substrate heating mechanism that is disposed below the transparent glass substrate and irradiates the polymer material layer with infrared rays for heating the polymer material layer through the transparent glass substrate;
A decompression container that houses the transparent glass substrate and the substrate holding mechanism, has an entrance window through which ultraviolet rays from the ultraviolet ray irradiation mechanism and infrared rays from the substrate heating mechanism are incident, and has an exhaust mechanism to reduce the inside to a reduced pressure state And a curing device.
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。The curing device according to claim 8, wherein the ultraviolet irradiation mechanism includes an ozone cleaning lamp that generates ultraviolet rays having strong intensities near 185 nm and 254 nm. 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。The curing apparatus according to claim 8 or 9, wherein the ultraviolet irradiation mechanism includes wavelength selection means for selecting a wavelength to be irradiated.
JP2000138103A 2000-05-11 2000-05-11 Curing method and apparatus using ultraviolet rays Expired - Fee Related JP4446558B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000138103A JP4446558B2 (en) 2000-05-11 2000-05-11 Curing method and apparatus using ultraviolet rays

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000138103A JP4446558B2 (en) 2000-05-11 2000-05-11 Curing method and apparatus using ultraviolet rays

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2001316485A JP2001316485A (en) 2001-11-13
JP4446558B2 true JP4446558B2 (en) 2010-04-07

Family

ID=18645766

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000138103A Expired - Fee Related JP4446558B2 (en) 2000-05-11 2000-05-11 Curing method and apparatus using ultraviolet rays

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4446558B2 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4683763B2 (en) * 2001-05-11 2011-05-18 リコー光学株式会社 Method and apparatus for heating polymer material layer
JP4155031B2 (en) 2002-03-15 2008-09-24 株式会社豊田中央研究所 Substrate surface modification method, modified substrate, and apparatus
JP5786487B2 (en) * 2011-06-22 2015-09-30 東京エレクトロン株式会社 Heat treatment apparatus and heat treatment method
JP6418932B2 (en) * 2014-12-15 2018-11-07 東京応化工業株式会社 Ultraviolet irradiation apparatus, ultraviolet irradiation method, substrate processing apparatus, and manufacturing method of substrate processing apparatus
JP6032325B2 (en) * 2015-06-16 2016-11-24 信越化学工業株式会社 Manufacturing method of resin structure for microstructure and manufacturing method of microstructure

Also Published As

Publication number Publication date
JP2001316485A (en) 2001-11-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8372578B2 (en) Gray-tone lithography using optical diffusers
TW200426543A (en) A method of manufacturing a substrate with concave portions, a substrate with concave portions, a substrate with concave portions for microlenses, a microlens substrate, a transmission screen and a rear projector
JP2001255660A (en) Generation method for special, surface shape and optical element
JP4683763B2 (en) Method and apparatus for heating polymer material layer
TWI484308B (en) Non-planar lithography mask and system and methods
JP4446558B2 (en) Curing method and apparatus using ultraviolet rays
US20120070785A1 (en) Method of manufacturing micro lens array
US20130234371A1 (en) Imprint apparatus, and article manufacturing method using same
JP3547467B2 (en) Micro lens array and method of manufacturing the same
JPS63234528A (en) Treatment of resist
JPH06194502A (en) Microlens and microlens array and their production
JPH08166502A (en) Microlens array and its production
KR102007438B1 (en) Manufacture method for aspherical micro lens
JP4573418B2 (en) Exposure method
CN101136309A (en) Etching apparatus, immersion tank, and etching method
JP4182438B2 (en) Optical imprint method
JP4202962B2 (en) Substrate processing method and semiconductor device manufacturing method
KR20120037671A (en) Making method for micro lens array
CN100405085C (en) Optical component manufacturing method and device
US20070258060A1 (en) Hood for immersion lithography
JP4565711B2 (en) Manufacturing method of density distribution mask
TWI512390B (en) Lithography system, lithography mask, and lithography method
JP2002162747A (en) Manufacturing method for three-dimensional structure by multistep exposure
JPS6114724A (en) Irradiation of semiconductor wafer by ultraviolet ray
US20250314960A1 (en) Method of replicating a microstructure pattern

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070323

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20091207

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100119

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100119

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130129

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4446558

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160129

Year of fee payment: 6

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees